近日，中科院大連化學物理研究所研究員王素力和研究員孫公權團隊在高溫聚合物電解質膜燃料電池（HT-PEMFC）低界面?zhèn)髻|阻力多孔電極設計構建研究方面取得新進展。團隊基于多孔電極表面能調控，實現(xiàn)了非連續(xù)磷酸液-固界面層的可控構建，并闡釋了該界面結構在工況下的演化機制與規(guī)律。相關研究成果發(fā)表于《科學進展》。

 

       高純度氫氣在制取、存儲、運輸及加注方面存在技術瓶頸。在HT-PEMFC中，由于運行溫度升高，電極對毒化組分耐受能力大幅提升。如果HT-PEMFC技術實現(xiàn)醇類、汽柴油等液態(tài)燃料重整制氫產物的直接利用，有望從根本上解決燃料儲運問題。但與發(fā)展較為成熟的低溫聚合物電解質膜燃料電池相比，HT-PEMFC的面積比功率僅為其1/3至1/2，嚴重制約了工程應用與商業(yè)化進程。

 

       針對上述挑戰(zhàn)，團隊基于近年來在HT-PEMFC磷酸界面構建與演化機制方面的研究成果，提出了通過多孔電極表面能調控的方法，建立了磷酸非均勻聚集與浸潤的全新界面結構，并結合靜電紡絲與電化學刻蝕手段，在微納尺度實現(xiàn)了纖維多孔電極的超疏酸構建。隨后，團隊利用原位環(huán)境掃描電鏡技術，觀察到模擬工況條件下磷酸液滴在多孔電極內的聚集分布，在實際多孔電極中實現(xiàn)了“非連續(xù)”液態(tài)磷酸界面層構建，顛覆了傳統(tǒng)多孔電極的磷酸均勻浸潤模式。該界面結構大幅降低了液態(tài)磷酸對催化活性位點的覆蓋厚度，進而顯著降低了界面?zhèn)髻|阻力。

 

       與傳統(tǒng)電極相比，該多孔纖維電極組裝的HT-PEMFC膜電極峰值功率密度提高了28%，展現(xiàn)了該類燃料電池的實際應用潛力。