Gas–Liquid Decoupling Transport by Self-Draining in the Anode of Anion Exchange Membrane Fuel Cells

化学 阳极 解耦(概率) 化学工程 限制电流 水运 催化作用 电极 毛细管作用 无机化学 电化学 复合材料 有机化学 水流 材料科学 生物化学 物理化学 控制工程 工程类 环境工程
作者
Guangyao Zhao,Zebi Chen,Xiaoyun Song,Qimei Yang,Jian Wang,Wei Ding,Zidong Wei
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:147 (40): 36650-36656 被引量:2
标识
DOI:10.1021/jacs.5c11489
摘要

The gas-liquid decoupling transport represents a fundamental challenge in anode catalytic layers of anion exchange membrane fuel cells (AEMFCs), where water exhibits a paradoxical duality: as an essential transport medium for hydroxide ions (OH-), yet as a kinetic-limiting product requiring immediate expulsion. Herein, we report a biomimetic capillary-driven water management strategy to achieve gas-liquid decoupling transport by engineering a hierarchically porous carbon nanofiber layer (CNL) as a self-draining anode catalytic layer (SD-ACL). The SD-ACL achieves anisotropic mass transport through structurally decoupled pathways: promoting rapid through-plane gas transport with a hydrophobic porous network while driving spontaneous in-plane water drainage via capillary action. As a result, the SD-ACL-fabricated membrane electrode assemble (MEA) achieved a high peak power density of 1150.3 mW cm-2 at high humidity with excellent durability, which was 2.3 times higher than that of the traditional one. Moreover, the SD-ACL could enhance nonprecious metal-anode-based AEMFCs by 57.5%, offering a promising strategy to achieve high-performance platinum-group metal-free (PGM-free) AEMFC technology.
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