Рифленые электроды могут улучшить производительность протона

ЛОС-АЛАМОС, Нью-Мексико – Топливные элементы с протонообменной мембраной являются многообещающим энергетическим решением для сокращения выбросов углерода в транспортном секторе. Как следует из названия, эти клетки содержат протонпроводящую мембрану на основе полимерных материалов, служащую электролитом.

Хотя PEMFC могут иметь заметные преимущества, их стоимость, долговечность и доступность топлива, необходимого для их эксплуатации, необходимо будет улучшить, прежде чем их можно будет внедрить в больших масштабах.

Исследователи из Национальной лаборатории Лос-Аламоса недавно разработали новые электроды, которые могут значительно улучшить производительность и долговечность PEMFC. Эти электроды, представленные в Nature Energy, имеют характерную рифленую конформацию, которая может облегчить транспортировку как кислорода, так и протонов в топливных элементах.

«Мы знали, что производительность обычных электродов ограничена переносом таких веществ, как кислород и протоны, и нас вдохновила историческая работа наших коллег из LANL в 1990-х годах, которые обнаружили, как объединить платиновый катализатор на углеродной подложке с протонпроводящий иономер для достижения значительного улучшения производительности», — рассказал Tech Xplore Джейкоб Спенделоу, один из исследователей, проводивших исследование.

«Немного удивительно, что 30 лет спустя современные электроды по-прежнему имеют по существу ту же структуру. Поэтому мы решили перепроектировать структуру, используя рациональный подход к проектированию, чтобы ускорить транспорт кислорода и протонов».

Рифленые электроды, разработанные Спенделоу и его коллегами, имеют многочисленные микромасштабные гребни, которые по существу состоят из платинового катализатора на углеродной подложке, разделенного пустыми углублениями. Благодаря своей уникальной конфигурации они могут распределять транспорт кислорода и протонов по различным частям своей структуры.

«Обычные электроды требуют смешанного транспорта кислорода и протонов через все части электрода, что требует некоторых конструктивных компромиссов, поскольку протонпроводящий иономер препятствует транспорту кислорода», — пояснил Спенделоу. «Напротив, за счет разделения транспорта кислорода и протонов конструкция электрода с бороздками позволяет оптимизировать части электрода (бороздки) для транспорта кислорода, в то время как другие части (гребни) оптимизируются для транспорта протонов. Такой подход «разделяй и властвуй» обеспечивает более быструю транспортировку и более высокую производительность».

Исследователи оценили свои рифленые электроды в серии испытаний, проведенных в стандартных условиях эксплуатации топливных элементов. Они обнаружили, что их производительность на 50% лучше, чем у обычных электродов, и что они могут облегчить транспортировку кислорода и улучшить однородность химических реакций. Кроме того, рифленые электроды оказались более долговечными, чем их обычные аналоги, поскольку их характеристики не так сильно снизились после испытаний на углеродистую коррозию.

Чтобы узнать больше, нажмите TechExplore

Сообщите мне о последующих комментариях по электронной почте.

Сообщайте мне о новых сообщениях по электронной почте.