A highly-active, stable and low-cost platinum-free anode catalyst based on RuNi for hydroxide exchange membrane fuel cells

阳极 催化作用 质子交换膜燃料电池 氢氧化物 膜电极组件 无机化学 铂金 化学工程 材料科学 化学 电极 有机化学 物理化学 工程类 生物化学
作者
Yanrong Xue,Lin Shi,Xuerui Liu,Jinjie Fang,Xingdong Wang,Brian P. Setzler,Wei Zhu,Yushan Yan,Zhongbin Zhuang
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:11 (1): 5651-5651 被引量:225
标识
DOI:10.1038/s41467-020-19413-5
摘要

Abstract The development of cost-effective hydroxide exchange membrane fuel cells is limited by the lack of high-performance and low-cost anode hydrogen oxidation reaction catalysts. Here we report a Pt-free catalyst Ru 7 Ni 3 /C, which exhibits excellent hydrogen oxidation reaction activity in both rotating disk electrode and membrane electrode assembly measurements. The hydrogen oxidation reaction mass activity and specific activity of Ru 7 Ni 3 /C, as measured in rotating disk experiments, is about 21 and 25 times that of Pt/C, and 3 and 5 times that of PtRu/C, respectively. The hydroxide exchange membrane fuel cell with Ru 7 Ni 3 /C anode can deliver a high peak power density of 2.03 W cm −2 in H 2 /O 2 and 1.23 W cm −2 in H 2 /air (CO 2 -free) at 95 °C, surpassing that using PtRu/C anode catalyst, and good durability with less than 5% voltage loss over 100 h of operation. The weakened hydrogen binding of Ru by alloying with Ni and enhanced water adsorption by the presence of surface Ni oxides lead to the high hydrogen oxidation reaction activity of Ru 7 Ni 3 /C. By using the Ru 7 Ni 3 /C catalyst, the anode cost can be reduced by 85% of the current state-of-the-art PtRu/C, making it highly promising in economical hydroxide exchange membrane fuel cells.
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