Polyhedral‐Oligomeric‐Silsesquioxane‐Based Binders Enable High‐Temperature Proton Exchange Membrane Fuel Cells with High Performance and Durability

材料科学 质子交换膜燃料电池 耐久性 催化作用 磷酸 功率密度 质子 化学工程 电化学 膜电极组件 倍半硅氧烷 电化学能量转换 吸附 电极 X射线光电子能谱 燃料电池 复合材料 电流密度 铂金 电导率 离子交换 质子输运 腐蚀 电催化剂 纳米技术
作者
Zinan Zhang,Ruili Sun,Yinze Zuo,Wei Yan,Zewen Zhuang,Chenhui Xu,Zhangxun Xia,Suli Wang,Jiujun Zhang
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:36 (37)
标识
DOI:10.1002/adfm.74480
摘要

ABSTRACT High‐temperature proton exchange membrane fuel cell (HT‐PEMFC) hold great potential for heavy‐duty vehicles, but one critical challenge for their practical application is high Pt catalyst loading, which primarily stems from Pt‐based catalyst poisoning and impaired proton transfer by phosphoric acid (PA) adsorption. In this work, polyhedral oligomeric silsesquioxane (POSS)‐based binders are successfully introduced into catalyst layers to reduce PA poisoning, improve proton transfer and hinder PA loss, as these binders have higher PA adsorption energy than Pt, enabling them to pull PA from Pt catalyst surface to reduce poisoning while bundled PA anion by POSS binder provides a fast proton transfer path for electrochemical reactions, thus significantly lowering high Pt loading. HT‐PEMFC with ─NH 2 group functionalized POSS binder in electrode achieve ultrahigh rated power density of 1.7 W cm −2 and Pt‐mass specific power density of 6.0 W mg pt −1 at 160°C @ 0.3 mg pt cm −2 . DFT calculations, in situ spectroscopy and 3D‐reconstruction are employed to clarify performance and durability enhancement mechanisms for promoting HT‐PEMFC’ commercial application.
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