पीईएम ईंधन कोशिकाओं के लिए गैर-कीमती धातु विद्युत उत्प्रेरकों पर एक समीक्षा

पीईएम ईंधन सेल प्रौद्योगिकी के वाणिज्यीकरण के निकट आने के साथ, वर्तमान में उपयोग किए जा रहे Pt-आधारित उत्प्रेरकों के प्रतिस्थापन के लिए सक्रिय, सस्ते गैर-कीमती धातु ORR उत्प्रेरक सामग्री विकसित करना आवश्यक और अनिवार्य आवश्यकताओं में से एक है ताकि समग्र प्रणाली की लागत को कम किया जा सके। यह समीक्षा पत्र पिछले 40 वर्षों में किए गए प्रगति को उजागर करता है, जिसमें ऑक्सीजन अपघटन प्रतिक्रिया के लिए गैर-कीमती धातु विद्युत उत्प्रेरकों के क्षेत्र में हाल के कार्यों पर विस्तृत चर्चा शामिल है, जो पीईएम ईंधन सेल कैथोड पर आवश्यक प्रतिक्रिया है। ORR के लिए कई महत्वपूर्ण प्रकार के unsupported या कार्बन समर्थित गैर-कीमती धातु विद्युत उत्प्रेरकों की समीक्षा की गई है, जिसमें गैर-पिरोलाइज्ड और पिरोलाइज्ड संक्रमण धातु नाइट्रोजन युक्त यौगिक, संवाहक पोलीमर-आधारित उत्प्रेरक, संक्रमण धातु चैल्कोजेनाइड, धातु ऑक्साइड/कार्बाइड/नाइट्राइड/ऑक्सिनाइट्राइड/कार्बोनाइट्राइड, और एंजाइम यौगिक शामिल हैं। इन उम्मीदवारों में, कार्बन सामग्री पर समर्थित पिरोलाइज्ड संक्रमण धातु नाइट्रोजन युक्त यौगिक (M–Nx/C) को सबसे आशाजनक ORR उत्प्रेरक माना जाता है, क्योंकि उन्होंने कुछ ORR गतिविधि और स्थिरता प्रदर्शित की है जो वाणिज्यिक रूप से उपलब्ध Pt/C उत्प्रेरकों के करीब है। हालांकि इस क्षेत्र में बहुत प्रगति हुई है, फिर भी उनकी ORR गतिविधि और स्थिरता में कुछ चुनौतियाँ हैं। ORR गतिविधि के संदर्भ में, सबसे सक्रिय गैर-कीमती धातु उत्प्रेरक की वास्तविक द्रव्यमान गतिविधि अभी भी DOE 2015 के लक्ष्य से काफी नीचे है। ORR स्थिरता के संदर्भ में, स्थिरता परीक्षण आमतौर पर निम्न धारा घनत्व या निम्न शक्ति स्तर पर चलाए जाते हैं, और जीवनकाल DOE द्वारा निर्धारित लक्ष्यों से कहीं अधिक छोटा है। इसलिए, ORR गतिविधि और स्थिरता दोनों में सुधार करना गैर-कीमती धातु उत्प्रेरक अनुसंधान और विकास के प्रमुख तात्कालिक और दीर्घकालिक फोकस हैं। इस क्षेत्र में प्राप्त परिणामों के आधार पर, इस पत्र में कई भविष्य की अनुसंधान दिशाएँ भी प्रस्तावित और चर्चा की गई हैं।