En forskargrupp har rapporterat om en ny metod för att förbättra den elektrokemiska ytan (ECSA) i en kalciumdopad perovskit, La0,6 Ca0,4 MnO3 (LCMO64), och övervinner därigenom en vanlig flaskhals i tillämpningen av perovskitoxider som elektrokatalysatorer i vätebränsleceller.
Detaljer om resultaten rapporterades i tidskriften Advanced Materials den 29 november 2023.
Perovskitoxider uppvisar intressanta och olika egenskaper, vilket gör dem värdefulla i olika tekniska tillämpningar. Deras höga inneboende aktiviteter positionerar dem också som ett lovande alternativ till ädelmetallkatalysatorer för att effektivt katalysera syrereduktionsreaktionen (ORR). Deras tillämpning hämmas dock fortfarande av deras dåliga elektriska ledningsförmåga och låga specifika ytarea.
"Vår elektrokemiskt inducerade kalciumlakningsprocess ökade kraftigt ECSA i LCMO64", påpekar Hao Li, docent vid Tohoku Universitys Advanced Institute for Materials Research (WPI-AIMR) och motsvarande författare till artikeln. "Den aktiverade, kalciumfattiga LCMO64 uppvisade en ECSA som var cirka 33,84 % högre än den för oaktiverade material, vilket visar överlägsen elektrokatalytisk ORR-prestanda – överträffande den kommersiella Pt/C-katalysatorn i en alkalisk lösning."
För att testa riktmärkena för materialet genomförde Li och hans kollegor teoretisk analys tillsammans med elektrokemisk yttillståndsundersökning och pH-beroende mikrokinetisk modellering. Resultaten antydde att denna katalysator når Sabatier-optimum för alkalisk ORR.
Denna forskning är första gången en strategi som involverar kalcium (Ca) dopning har använts för att övervinna utmaningar som är förknippade med låg ledningsförmåga och ytarea i perovskitoxider. Det unika fenomenet med Ca-urlakning som observerats under ORR-förhållanden resulterar i en högre ytjämnhet, vilket avsevärt utökar den tillgängliga ytan för ORR och ökar därigenom katalysatorns prestanda.
"Att hitta billiga och effektiva elektrokatalysatorer för ORR i vätebränsleceller har varit en betydande utmaning", tillägger Li. "Vårt arbete tar inte bara upp denna utmaning utan erbjuder också en ny strategi för att förbättra den elektrokatalytiska prestandan hos perovskitoxider. Detta genombrott har långtgående konsekvenser för den utbredda användningen av vätebränslecellsteknik."
Mer information: Qun Li et al, katjonbristande perovskiter förbättrar kraftigt den elektrokatalytiska aktiviteten för syrereduktionsreaktion, Avancerat material (2023). DOI:10.1002/adma.202309266
Tillhandahålls av Tohoku University
