En forskargrupp från Institute of Process Engineering (IPE), Kinesiska vetenskapsakademien, rapporterade nyligen utvecklingen av en ny teknik för att öka prestandan hos direkta metanolbränsleceller (DMFC) med hög koncentration av metanol som bränsle, belyser utformningen av rena och prisvärda alternativa energikällor för bärbara elektriska enheter.

När metanol, bränslet i DMFC, går över från anoden till katoden genom protonbytesmembranet (PEM), bränslecellens prestanda försämras avsevärt, skapa ett stort problem för kommersialisering av DMFC. Vanligen, forskare använder olika strategier för att förbättra DMFC -prestanda vid höga koncentrationer av metanol. Dessa inkluderar förbättring av bränslematningssystemet, membranutveckling, modifiering av elektroder, och vattenhantering.

"Dessa konventionella strategier övervinner inte i grunden det viktigaste hindret, men oundvikligen komplicera utformningen av DMFC och därmed öka deras kostnad, "sa Yang Jun, en IPE -professor. Arbetar med FENG Yan, en doktorand, och LIU Hui, en biträdande professor, YANG använde selektiva elektrokatalysatorer för att köra en DMFC vid metanolkoncentrationer upp till 15 M, en alternativ metod för att lösa metanolöverkorsningen i DMFC.

Anod- och katodkatalysatorerna för DMFC är vanligtvis baserade på platina (Pt). Dessa katalysatorer är inte selektiva för metanoloxidationsreaktionen (MOR) vid anoden eller syrereduktionsreaktionen (ORR) vid katoden. Med en djup förståelse för mekanismerna för elektrodreaktioner i DMFC, forskarna designade och producerade ädelmetallbaserade heterogena elektrokatalysatorer med förbättrad katalytisk aktivitet och hög selektivitet för MOR och ORR.

Uppmuntrande, DMFC:erna fungerade extremt bra med högkoncentration av metanol som bränsle genom att i tillräcklig utsträckning utnyttja den unika struktur och elektroniska kopplingseffekter bland de olika domänerna hos de ädelmetallbaserade heterogena elektrokatalysatorerna.

Som visas i fig. 1, ternära Au-Ag2S-Pt nanokompositer med core-shell-shell-strukturer visar överlägsen anodselektivitet på grund av den elektroniska kopplingen mellan deras olika domäner, medan Core-shell Au-Pd-nanopartiklar med tunna Pd-skal uppvisar utmärkt katodselektivitet på grund av de synergistiska effekterna mellan deras Au-kärna och tunna Pd-skal.

Den tillverkade DMFC med selektiva katalysatorer ger en maximal effekttäthet på 89,7 mW cm-2 vid en metanol-matningskoncentration på 10 M, och upprätthåller god prestanda vid metanolkoncentrationer upp till 15 M.

"Nästa, vi ska optimera katalysatorernas totala storlek, t.ex., använda Au nanoclusters med fina diametrar som utgångsmaterial för att ytterligare förbättra aktiviteten/selektiviteten för DMFC -reaktioner, "sa YANG. På så sätt, ny teknik kommer att skapas för att förbättra utformningen av mer kostnadseffektiva och effektiva DMFC-system.