Een onderzoeksgroep van het Institute of Process Engineering (IPE), Chinese Wetenschapsacademie, rapporteerde onlangs de ontwikkeling van een nieuwe technologie om de prestaties van directe methanol-brandstofcellen (DMFC's) te verbeteren die methanol met een hoge concentratie als brandstof gebruiken, enig licht werpen op het ontwerp van schone en betaalbare alternatieve energiebronnen voor draagbare elektrische apparaten.

Wanneer methanol, de brandstof van DMFC's, gaat van de anode naar de kathode door het protonenuitwisselingsmembraan (PEM), brandstofcelprestaties zijn aanzienlijk verslechterd, het creëren van een groot probleem voor de commercialisering van DMFC's. Algemeen, wetenschappers gebruiken verschillende strategieën om de DMFC-prestaties bij hoge concentraties methanol te verbeteren. Deze omvatten het verbeteren van het brandstoftoevoersysteem, membraan ontwikkeling, modificatie van elektroden, en waterbeheer.

"Deze conventionele strategieën overwinnen niet fundamenteel het belangrijkste obstakel, maar onvermijdelijk het ontwerp van DMFC's compliceren en dus hun kosten verhogen, " zei Yang Jun, een IPE-professor. Werken met FENG Yan, een doctoraatsstudent, en LIU Hui, een assistent-professor, YANG gebruikte selectieve elektrokatalysatoren om een ​​DMFC te laten werken bij methanolconcentraties tot 15 M, een alternatieve methode voor het oplossen van de methanol-crossover in DMFC's.

De anode- en kathodekatalysatoren van DMFC's zijn gewoonlijk gebaseerd op platina (Pt). Deze katalysatoren zijn niet selectief voor de methanoloxidatiereactie (MOR) aan de anode of de zuurstofreductiereactie (ORR) aan de kathode. Met een diep begrip van de mechanismen van elektrodereacties in DMFC's, de onderzoekers ontwierpen en produceerden heterogene elektrokatalysatoren op basis van edelmetalen met verbeterde katalytische activiteit en hoge selectiviteit voor MOR en ORR.

bemoedigend, de DMFC's werkten buitengewoon goed met methanol met een hoge concentratie als brandstof door voldoende gebruik te maken van de structurele uniciteit en elektronische koppelingseffecten tussen de verschillende domeinen van de op edelmetaal gebaseerde heterogene elektrokatalysatoren.

Zoals getoond in Fig. 1, ternaire Au-Ag2S-Pt nanocomposieten met core-shell-shell-structuren vertonen superieure anodeselectiviteit vanwege de elektronische koppeling tussen hun verschillende domeinen, terwijl core-shell Au-Pd-nanodeeltjes met dunne Pd-schillen een uitstekende kathodeselectiviteit vertonen vanwege de synergetische effecten tussen hun Au-kern en dunne Pd-schil.

De as-fabricated DMFC met selectieve katalysatoren produceert een maximale vermogensdichtheid van 89,7 mW cm-2 bij een methanol-voedingsconcentratie van 10 M, en handhaaft goede prestaties bij methanolconcentraties tot 15 M.

"Volgende, we gaan de totale grootte van de katalysatoren optimaliseren, bijv. het gebruik van Au-nanoclusters met fijne diameters als uitgangsmaterialen om de activiteit/selectiviteit voor DMFC-reacties verder te verbeteren, " zei YANG. Op deze manier, nieuwe technologieën zullen worden gecreëerd om het ontwerp van meer kosteneffectieve en efficiënte DMFC-systemen te helpen verbeteren.