Enhancing Carbon Monoxide Tolerance in Low-Temperature PEM Fuel Cells through Carbon Nitride Surface Modification

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作者
Xiaohui Zhang,Weikun Yao,Haiting Zhao,Xinxin Zhuang,Yan‐Qi Jin,Yan Ding,Meng‐Jia Li,Zhi‐You Zhou,Tao Wang,Shi‐Gang Sun
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:17 (2): 3257-3264 被引量:3
标识
DOI:10.1021/acsami.4c15487
摘要

Low-temperature proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs) reuqire highly pure hydrogen gas due to their extreme sensitivity to carbon monoxide (CO) contamination, which poses a challenge for using cost-effective reformed hydrogen sources. To address this issue, we have developed a surface modification strategy by applying a 0.5-0.91 nm amorphous carbon nitride layer onto PtRu/C substrates. The electrochemical measurements indicate that the modification selectively facilitates hydrogen gas transport to a surface while inhibiting carbon monoxide diffusion. The kinetic studies of CO adsorption reveal that the surface modification significantly reduces CO adsorption, effectively halving the rate compared to conventional catalysts. Additionally, rotating disk electrode experiments show that the catalyst modified with amorphous carbon nitride layer maintains stable operation for over 20 h with 1000 ppm of CO/H2. Furthermore, it supports stable discharge at 1 A cm-2 in PEMFCs with up to 10 ppm of CO, a concentration far exceeding the widely accepted standard of 0.2 ppm.
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