碱性聚合物电解质膜的表面锥形阵列结构提升燃料电池性能 - 张婧雯; 马华隆; 马军; 胡梅雪; 李启浩; 陈胜; 宁添姝; 葛创新; 刘晰; 肖丽; 庄林; 张熠霄; et al. (物理化学学报, 2023)
O646; 燃料电池作为一种清洁高效的能量转换装置,被认为是构建未来社会可再生能源结构的关键一环.不同于质子交换膜燃料电池(PEMFC),碱性聚合物电解质燃料电池(APEFC)的出现使非贵金属催化剂的使用成为可能,因而受到了日益广泛的关注和研究.APEFC的关键结构是膜电极,主要由聚合物电解质膜和阴阳极(含催化层、气体扩散层)组成,膜电极是电化学反应发生的场所,其优劣直接决定着电池性能的好坏.因此,基于现有的碱性聚合物电解质及催化剂体系,如何构筑更加优化的膜电极结构,使APEFC发挥出更高的电池性能是亟待开展的研究.本文首先通过模板法在碱性聚合物电解质膜的表面构建出有序的锥形阵列,再将具有阵列结构的一侧作为阴极来构筑膜电极,同时,作为对比,制备了由无阵列结构的聚合物电解质膜构筑而成的膜电极,最后对基于两种不同膜电极的APEFC的电化学性能进行了对比研究.实验结果表明,锥形阵列结构可以将APEFC的峰值功率密度由1.04W·cm-2显著提高到1.48W·cm-2,这主要归因于在APEFC的阴极侧具有锥形阵列结构的聚合物电解质膜的亲水性的提升和催化剂电化学活性面积的增加.本工作为碱性聚合物电解质燃料电池的膜电极结构设计与优化提供了新思路.