Silica-facilitated proton transfer for high-temperature proton-exchange membrane fuel cells

磷酸 催化作用 质子 质子交换膜燃料电池 阴极 质子导体 材料科学 吸附 磷酸盐 化学 化学工程 电极 有机化学 电解质 物理化学 工程类 物理 量子力学 生物化学
作者
Gen Huang,Yingying Li,Shiqian Du,Yujie Wu,Ru Chen,Jin Zhang,Yi Cheng,Shanfu Lu,Tao Li,Shuangyin Wang
出处
期刊:Science China-chemistry [Springer Science+Business Media]
卷期号:64 (12): 2203-2211 被引量:27
标识
DOI:10.1007/s11426-021-1142-x
摘要

High-temperature proton-exchange membrane fuel cells (HT-PEMFCs) have shown a broad prospect of applications due to the enhanced reaction kinetics and simplified supporting system. However, the proton conductor, phosphoric acid, tends to poison the active sites of Pt, resulting in high Pt consumption. Herein, Pt nanoparticles anchored on SiO2-modified carbon nanotubes (CNT@SiO2-Pt) are prepared as high-performance cathode catalysts for HT-PEMFCs. The SiO2 in CNT@SiO2-Pt can induce the adsorption of phosphoric acid transferring from Pt active sites in the catalytic layer, avoiding the poisoning of the Pt, and the phosphate fixed by SiO2 provide a high-speed proton conduction highway for oxygen reduction reactions. Accordingly, The CNT@SiO2-Pt cathode achieve superior power density of 765 mW cm−2 (160 °C) and 1,061 mW cm−2 (220 °C) due to the rapid proton-coupled electron process and outstanding stability in HT-PEMFCs. This result provides a new road to resolve the phosphate poisoning for the commercialization of HT-PEMFCs.
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