Overcoming the Electrode Challenges of High-Temperature Proton Exchange Membrane Fuel Cells

质子交换膜燃料电池 催化作用 电解质 耐久性 化学工程 铂金 膜电极组件 材料科学 化学 纳米技术 电极 工程类 复合材料 有机化学 物理化学 生物化学
作者
Quentin Meyer,Chujie Yang,Yi Cheng,Chuan Zhao
出处
期刊:Electrochemical energy reviews [Springer Nature]
卷期号:6 (1) 被引量:120
标识
DOI:10.1007/s41918-023-00180-y
摘要

Abstract Proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs) are becoming a major part of a greener and more sustainable future. However, the costs of high-purity hydrogen and noble metal catalysts alongside the complexity of the PEMFC system severely hamper their commercialization. Operating PEMFCs at high temperatures (HT-PEMFCs, above 120 °C) brings several advantages, such as increased tolerance to contaminants, more affordable catalysts, and operations without liquid water, hence considerably simplifying the system. While recent progresses in proton exchange membranes for HT-PEMFCs have made this technology more viable, the HT-PEMFC viscous acid electrolyte lowers the active site utilization by unevenly diffusing into the catalyst layer while it acutely poisons the catalytic sites. In recent years, the synthesis of platinum group metal (PGM) and PGM-free catalysts with higher acid tolerance and phosphate-promoted oxygen reduction reaction, in conjunction with the design of catalyst layers with improved acid distribution and more triple-phase boundaries, has provided great opportunities for more efficient HT-PEMFCs. The progress in these two interconnected fields is reviewed here, with recommendations for the most promising routes worthy of further investigation. Using these approaches, the performance and durability of HT-PEMFCs will be significantly improved.
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