Ultra‐Low Loading Pseudo‐Single‐Crystal Mesoporous PtPd Catalysts for High‐Performance Hydrogen Gas Batteries

材料科学 过电位 催化作用 介孔材料 双功能 储能 氢 阳极 化学工程 电池(电) 双功能催化剂 氢气储存 纳米技术 氢燃料 能量密度 耐久性 制氢 分解水
作者
Guili Zhao,Hongxu Liu,Chuye Pan,Xiang Chu,Taoli Jiang,Yidi Wang,Shunxin Tan,Zhonglin Li,Lidong Sun,Yirui Ma,Jingwen Xu,Dongyang Shen,Touqeer Ahmad,Nawab Ali Khan,Yue Lin,Husam Niman Alshareef,Xiangyang Li,Jinlong Yang,Wei Chen
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:38 (27): e72849-e72849 被引量:1
标识
DOI:10.1002/adma.72849
摘要

ABSTRACT Rechargeable hydrogen gas batteries show a great promise for large‐scale energy storage due to their high safety, environmental friendliness, high efficiency and long‐cycle life. However, the costly catalysts at the anode for hydrogen oxidation/evolution reactions (HOR/HER) hinder the practicability. Here, we report a pseudo‐single‐crystal mesoporous (PSCM) PtPd catalyst with high HOR/HER bifunctional activities for high‐performance hydrogen gas batteries. It exhibits an outstanding HOR activity with a kinetic current density of 3.10 A mg −1 and an HER overpotential of 34.8 mV at 10 mA cm −2 , outperforming commercial Pt/C (0.42 A mg −1 , 79.3 mV). When assembling Ni‐H 2 battery with a low PSCM‐PtPd catalyst loading of ∼45 µg cm −2 , it displays a high energy efficiency of ∼85% and cycling stability of >1000 cycles. Even at an ultra‐low catalyst loading of ∼10 µg cm −2 , the Ni‐H 2 (PSCM‐PtPd) battery still exhibits an energy density of ~135 Wh kg −1 and durability of >1000 cycles with a cell cost of ~105 $ kWh −1 , much better than that of Pt/C‐based battery (>700 $ kWh −1 ). We demonstrate that the superior activity of the PSCM‐PtPd catalyst originates from the charge transfer from Pd to Pt and lattice distortion caused by Pd incorporation, and the enhanced stability is attributed to its fewer grain boundaries and stable attachment to the electrode. This work offers a promising pathway toward designing cost‐effective and scalable energy storage systems.
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