Anionenresistenter Sauerstoffreduktionselektrokatalysator in Phosphorsäure-Brennstoffzellen

Phosphorsäure-Brennstoffzellen werden erfolgreich als Energieumwandlungstechnologien in stationären Energieanwendungen eingesetzt. Jedoch erfordern die verringerten Protonenleitfähigkeit und die niedrigere Sauerstoffdurchlässigkeit von mit Phosphorsäure getränkten Membranen prohibitive Aufladungen des traditionellen edelmetallbasierten Elektrokatalysators, wie Platin, das auf Kohlenstoff unterstützt wird. Darüber hinaus führt die spezifische Adsorption von Phosphatanionen auf dem Katalysator zu einer Oberflächenvergiftung, die die elektrokatalytische Aktivität weiter verringert. Hier berichten wir über einen Nicht-Platin-Gruppe-Metall (Non-PGM) Elektrokatalysator als alternativen Kathoden-Elektrokatalysator für die Sauerstoffreduktion in Phosphorsäure-Brennstoffzellen. Der Non-PGM wurde in einer Ein-Topf-Synthese unter Verwendung eines metallorganischen Gerüsts und eines Eisensalze-Vorläufers hergestellt. Die Phosphatanion-Vergiftung wurde elektrochemisch und spektroskopisch im Vergleich zum aktuellen Stand der Technik des Pt-basierten Katalysators bei Raumtemperatur überwacht. Im Gegensatz zu Pt-basierten Katalysatoren, die anfällig für Phosphatvergiftung sind, zeigt der Non-PGM Elektrokatalysator Immunität gegen Oberflächenvergiftung durch Phosphatanionen bei Raumtemperatur. Mikroskopische Bildgebung zeigt, dass die Eisenpartikel durch graphitische Schichten vom Elektrolyten isoliert sind, die letztlich das Eisen vor der Adsorption von Phosphatanionen schützen. Der Non-PGM Elektrokatalysator repräsentiert die bisher höchste Leistung in einem Hochtemperature-Phosphorsäure-Brennstoffzellensystem, was wahrscheinlich seiner Immunität gegen Phosphatadsorption in den raueren Brennstoffzellenumgebungen zuzuschreiben ist.