Improving Durability of Fuel Cells with Platinum-rich Alloy Cathode Catalysts

作者
Nagappan Ramaswamy,Swami Kumaraguru,Karalee A. Jarvis,Paulo Jorge Ferreira
出处
期刊:Journal of The Electrochemical Society [Institute of Physics]
卷期号:170 (5): 054504-054504 被引量:22
标识
DOI:10.1149/1945-7111/acd3b4
摘要

Pt3Co-alloy based nanoparticle catalysts are very active for oxygen reduction reaction (ORR) thereby enabling high performance of proton exchange membrane fuel cells (PEMFC) for automotive propulsion. However, these catalyst materials degrade due to a combination of electrochemical surface area (ECSA) loss and dissolution of cobalt-alloying element from the nanoparticles. Dissolution of cobalt has a two-fold impact on the durability of fuel cells—i) a loss in the low-current density kinetic region due to a decrease in specific activity and ii) a loss in the high-current density transport region due to Co2+ contamination of the ionomer phase. Cobalt dissolution-contamination needs to be mitigated as it limits fuel cell performance and lifetime for heavy-duty automotive applications. In this article, we study the use of PtCo-alloy catalysts with Pt-rich compositions using catalyst-specific accelerated stress test measurement in membrane electrode assemblies to decrease the amount of dissolved Co and mitigate its subsequent contamination effects. We demonstrate Pt5Co and Pt7Co compositions to enable significant improvements in durability (∼50 mV and ∼100 mV with respect to Pt3Co after 30,000 voltage cycles) with a minor but acceptable compromise in the initial specific activity of the catalyst.

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