MOFs衍生高性能Fe-N-C催化剂的制备及其在PEM燃料电池中性能提升的研究

作者：廖世军; 池滨; 郑龙; 邓怡杰

来源：中国化学会2019电催化与电合成国际研讨会, 中国陕西西安, 2019-03-29.

DOI：10.26914/c.cnkihy.2019.077505

• 燃料电池
• 非贵金属催化剂
• Fe-N-C
• 交换膜
• PEM
• 性能提升

以Fe-N-C为代表的掺杂碳类非贵金属催化剂可以让质子交换膜燃料电池摆脱对贵金属铂的依赖,大幅度降低燃料电池的成本,对于质子交换膜燃料电池的发展及大规模商业化具有十分重要的意义,相关研究多年来一直是燃料电池领域的热点研究课题。在酸性及质子交换膜燃料电池条件下,掺杂碳基催化剂的活性不足及稳定性差的问题一直是妨碍这类催化剂大规模商业化应用的两个难题。采用ZIF-8为前驱体,采用气相掺杂技术及氮化碳掺杂技术,我们制备了一种新型的Fe、N共掺杂碳基催化剂,Fe几乎完全以单原子（Fe N4结构）的形式分散于催化剂中,催化剂的活性位点数达到了1014/cm2,催化剂表现出了突出的酸性条件下的ORR性能和质子交换膜燃料电池性能,在载量低至1mg/cm2的条件下,采用我们催化剂做阴极的膜电极的电流密度高达800mA/cm2@0.7V,最大功率密度可达0.8 W/cm2.为目前最好的使用非贵金属催化剂的PEM燃料电池结果。更为重要的是:我们研究了使用非贵金属的膜电极稳定性差的原因,以及提升其稳定性的方法,研究发现:通过提升阴极催化剂层的疏水性、孔隙率以及添加过氧化氢淬灭剂,可以有效提升膜电极的稳定性。

• 单位
  华南理工大学; 化学与化工学院