Cost‐Effective Passive Ammonia Fuel Cells via Synergistic Integration of Optimized Membrane Electrode Assembly and Prototype

材料科学 氨 催化作用 阴极 化学工程 电极 功率密度 电化学 氢氧化物 石墨 电流密度 膜 燃料电池 贵金属 电解质 质子交换膜燃料电池 金属 无机化学 膜电极组件 开路电压 镍 石墨烯 纳米材料基催化剂 复合数 适应性 工作(物理) 纳米技术 模块化设计 电化学能量转换 降级(电信) 活动中心 电压 分解
作者
Xi Ouyang,Jixuan Wu,Zhao‐Hui Wang,Zi‐Xuan Xiang,Zi‐Han Teng,Wei‐Ran Wang,Xin Jiang,Wei‐Yi Xue,Bai‐Wen Zhang,Baoguo Wang,Feifei Zhang,Jun‐Min Yan
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:38 (6): e10855-e10855 被引量:1
标识
DOI:10.1002/adma.202510855
摘要

Abstract Passive ammonia fuel cells (PAFCs) offer modular adaptability but face dual challenges: limited power density and dependency on noble metals. Here, a comprehensive strategy is presented to address these issues through coordinated materials and system design. Pre‐oxidized nickel substrates direct the formation of β‐phase NiOOH/Ni 3 P (β‐NiOOH/Ni 3 P) heterointerfaces in anode, significantly enhancing ammonia oxidation reaction (AOR) kinetics with a high current density of 171 mA cm −2 at 0.7 V. A spinel‐structured MnCo 2 O 4 /C cathode catalyst demonstrates remarkable ammonia tolerance and outperforms Pt/C in stability. A polytetrafluoroethylene/layered double hydroxide (PTFE/LDH) composite membrane is also introduced, which effectively reduces ammonia crossover. Their integration with an optimized graphite prototype further enhances PAFCs' efficiency and stability. This synergistic multi‐phase optimization enables record‐breaking performance for non‐noble metal‐based PAFCs, achieving a peak power density (PPD) of 61 mW cm −2 and an open circuit voltage (OCV) of 0.87 V (outperforming Pt‐based PAFCs). Stable discharge can be sustained by the present PAFC for 9 h by replenishing the ammonia supply. This work establishes a prototype‐to‐performance strategy for cost‐effective PAFC, highlighting the potential of non‐noble metal catalysts in ammonia electrochemical energy conversion.
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