Total Specific Pore Length as a Key Feature of Carbon Support for High‐Performance Low‐Catalyst‐Loading Fuel Cells

材料科学 催化作用 特征(语言学) 碳纤维 化学工程 燃料电池 钥匙(锁) 纳米技术 复合材料 有机化学 计算机科学 复合数 工程类 哲学 语言学 化学 计算机安全
作者
Donglai Li,Zitao Chen,Yunhai Ma,Sha Zheng,Ziliang Deng,Jingbo Li,Xuedong Bai,Haibo Jin,Xuezeng Tian,Zipeng Zhao
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:15 (33) 被引量:2
标识
DOI:10.1002/aenm.202501785
摘要

Abstract To simultaneously achieve high power density, stability, and low platinum group metal (PGM) loading in the proton exchange membrane fuel cells, porous carbon materials are generally used as supports to anchor the Pt‐based catalysts. Despite substantial studies on improving fuel cell performance via carbon support engineering, quantitatively identifying the preferable 3D pore feature remains a challenge. Herein, electron tomography is used to obtain the nano‐scale 3D structure of representative carbon supports, which allowed us to quantitatively analysis the pore structure. A descriptor “total specific pore length” is introduced, which is defined as the sum of the pore lengths divided by the volume of the carbon matrix. We find larger total specific pore length correlates with higher oxygen transport rate in the membrane electrode assembly (MEA) test. Moreover, it is demonstrated that interconnected porous carbon, which shows a large total specific pore length, enables the catalyst to deliver a state‐of‐the‐art rated power of 17.0 kW g PGM −1 , with all key features (catalyst mass activity, rated power, and stability) surpassing the target set by the U.S. Department of Energy. As a result, the PGM loading of the MEA can be reduced to an ultralow level of 0.060 mg cm − 2 .
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