Pt Nanoparticles on Atomic-Metal-Rich Carbon for Heavy-Duty Fuel Cell Catalysts: Durability Enhancement and Degradation Behavior in Membrane Electrode Assemblies

质子交换膜燃料电池 催化作用 膜电极组件 铂金 化学工程 材料科学 离聚物 阴极 电化学 纳米颗粒 碳纤维 溶解 电极 化学 电解质 纳米技术 复合材料 有机化学 共聚物 物理化学 工程类 复合数 聚合物 生物化学
作者
Yachao Zeng,Jiashun Liang,Boyang Li,Haoran Yu,Bingzhang Zhang,Kimberly S. Reeves,David A. Cullen,Xing Li,Dong Su,Guofeng Wang,Sichen Zhong,Hui Xu,Natalia Macauley,Gang Wu
出处
期刊:ACS Catalysis 卷期号:13 (18): 11871-11882 被引量:13
标识
DOI:10.1021/acscatal.3c03270
摘要

Proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs) are a promising zero-emission power source for heavy-duty vehicles (HDVs). However, long-term durability of up to 25,000 h is challenging because current carbon support, catalyst, membrane, and ionomer developed for traditional light-duty vehicles cannot meet the stringent requirement. Therefore, understanding catalyst degradation mechanisms under the HDV condition is crucial for rationally designing highly active and durable platinum group metal (PGM) catalysts for high-performance membrane electrode assemblies (MEAs). Herein, we report a PGM catalyst consisting of platinum nanoparticles with a high content (40 wt %) on atomic-metal-site (e.g., MnN4)-rich carbon support. MEAs with the Pt (40 wt %)/Mn–N–C cathode catalyst achieved significantly enhanced performance and durability, generating 1.41 A cm–2 at 0.7 V under HDV conditions (0.25 mgPt cm–2 and 250 kPaabs pressure) and retaining 1.20 A cm–2 after an extended and accelerated stress test up to 150,000 voltage cycles. Electron microscopy studies indicate that most fine Pt nanoparticles are retained on or/and in the carbon support covered with the ionomer throughout the catalyst layer at the end of life. During the long-term stability test, the observed electrochemical active surface area reduction and performance loss primarily result from Pt depletion in the catalyst layer due to Pt dissolution and redeposition at the interface of the cathode and membrane. The first-principle density functional theory calculations further reveal a support entrapment effect of the Mn–N–C, in which the MnN4 site can specifically adsorb the Pt atom and further retard the Pt dissolution and migration, therefore enhancing long-term MEA durability.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
更新
大幅提高文件上传限制,最高150M (2024-4-1)

科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
3秒前
汉堡包应助爱吃小龙虾采纳,获得10
5秒前
青海盐湖所李阳阳完成签到 ,获得积分10
11秒前
劲秉应助科研通管家采纳,获得30
11秒前
科研通AI2S应助科研通管家采纳,获得10
11秒前
11秒前
11秒前
科研醉汉完成签到,获得积分10
16秒前
yinhe完成签到 ,获得积分10
18秒前
foyefeng完成签到,获得积分10
20秒前
薛定谔的猫完成签到 ,获得积分10
21秒前
Martin完成签到 ,获得积分10
26秒前
27秒前
31秒前
32秒前
fogsea完成签到,获得积分0
44秒前
50秒前
骄傲yy发布了新的文献求助10
53秒前
田様应助积极方盒采纳,获得10
54秒前
56秒前
57秒前
dajiejie完成签到 ,获得积分10
59秒前
黑水仙完成签到 ,获得积分10
1分钟前
chd完成签到 ,获得积分10
1分钟前
伊yan完成签到 ,获得积分10
1分钟前
sun完成签到 ,获得积分10
1分钟前
tulips完成签到 ,获得积分10
1分钟前
猪仔5号完成签到 ,获得积分10
1分钟前
太清完成签到 ,获得积分10
1分钟前
nano完成签到 ,获得积分10
1分钟前
张占完成签到,获得积分10
1分钟前
Shuhe_Gong完成签到 ,获得积分10
1分钟前
甜甜的问芙完成签到 ,获得积分10
1分钟前
良人完成签到 ,获得积分10
1分钟前
东十八完成签到 ,获得积分10
2分钟前
jameslee04完成签到 ,获得积分10
2分钟前
完美世界应助科研通管家采纳,获得10
2分钟前
2分钟前
2分钟前
111完成签到 ,获得积分10
2分钟前
高分求助中
Production Logging: Theoretical and Interpretive Elements 2000
Very-high-order BVD Schemes Using β-variable THINC Method 1200
Mantiden: Faszinierende Lauerjäger Faszinierende Lauerjäger 1000
PraxisRatgeber: Mantiden: Faszinierende Lauerjäger 1000
中国荞麦品种志 1000
BIOLOGY OF NON-CHORDATES 1000
Autoregulatory progressive resistance exercise: linear versus a velocity-based flexible model 550
热门求助领域 (近24小时)
化学 医学 生物 材料科学 工程类 有机化学 生物化学 物理 内科学 纳米技术 计算机科学 化学工程 复合材料 基因 遗传学 物理化学 催化作用 细胞生物学 免疫学 冶金
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 3360134
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 2982678
关于积分的说明 8704677
捐赠科研通 2664481
什么是DOI,文献DOI怎么找? 1459080
科研通“疑难数据库(出版商)”最低求助积分说明 675400
邀请新用户注册赠送积分活动 666447