开发用于质子交换膜燃料电池(PEMFC)的无铂催化剂对于氢经济至关重要。虽然铁-氮-碳 (Fe-N-C) 催化剂是目前 ORR 最有前途的非 Pt 替代品,但由于同时发生多种降解机制,其在 PEMFC 中的稳定性较差,难以理解。
在此,新南威尔士大学Chuan Zhao使用先进的电化学方法(例如弛豫时间分布)在高负载(1 A cm-2)下 60 小时内对 PEMFC 中的这些机制进行解卷积。
文章要点
1)研究人员能够识别铁脱金属和碳腐蚀何时发生,并通过三相边界的操作恶化揭示复杂的降解途径。首先,高达 75% 的 Fe-N-C 活性位点通过铁脱金属而变得不活跃,这最初会导致电压损失(<10 小时)。
2)催化剂层中碳腐蚀物质增加五倍,质子传输动力学减少四倍,延长了到达催化位点的气体、离子和电子路径,使氧还原反应(ORR)速率降低三倍,成为主要的降解机制。
这些见解是通过循环伏安法和弛豫时间分布的结合获得的。总而言之,这些为这种降解机制提供了前所未有的见解,同时提出了表征不稳定电催化剂的操作标准。
参考文献
Shiyang Liu, et al, Operando Deconvolution of The Degradation Mechanisms of IronNitrogen-Carbon Catalysts in Proton Exchange Membrane Fuel Cells, Energy Environ. Sci., 2023
DOI: 10.1039/D3EE01166F