Sparsely Dispersed CeO x -Stabilized Pt Nanoparticles Overcome Pt Loading–Durability Trade-Off for Highly Durable Heavy-Duty Fuel Cells

化学 燃料电池 纳米颗粒 化学工程 铂金 纳米技术 催化作用 铂纳米粒子 化学还原 氧还原反应
作者
Bosi Peng,Zeyan Liu,Yu-Han Joseph Tsai,Ting-Jung Hsiao,Qingying Jia,Jianguo Wen,Tao Zhou,Carlo U. Segre,Xiangfeng Duan,Yu Huang
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:148 (11): 11871-11878
标识
DOI:10.1021/jacs.5c21294
摘要

Proton-exchange-membrane fuel cells (PEMFCs) are clean and sustainable mobile power sources for transportation. Recently, their deployment in heavy-duty vehicles (HDVs) has attracted growing interest owing to their high energy scalability and lower infrastructure requirements. However, to meet the stringent requirements for efficiency and long-term durability for HDV applications, PEMFCs typically employ a relatively high platinum group metal (PGM) loading (>0.2 mgPGM/cm2). This elevated PGM loading significantly increases the stack and system costs, surpassing the U.S. Department of Energy (DOE) target of $60/kW for commercial viability. Reducing PGM loading while maintaining performance and durability remains a central challenge for HDV fuel cells. Here we exploit metal oxide–Pt interactions and utilize the strong CeOx–Pt interaction to design a CeOx@Pt catalyst structure with exceptional durability. At a low total PGM loading (0.1 mgPGM/cm2), the CeOx@Pt/C catalyst demonstrates high fuel cell performance (8.8 kW/gPGM) and stability (power retention >90%) after the challenging HDV durability testing (90,000 accelerated-stress-test cycles). With the CeOx@Pt/C catalyst, we showcase over 70% reduction in Pt cost from the M2FCT target (to $9/kW), highlighting its promising potential for enabling stable and cost-effective fuel cell systems for heavy-duty applications.
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