Когда метанол, топливо DMFC, проходит от анода к катоду через протонообменную мембрану (PEM), характеристики топливного элемента значительно ухудшаются, создавая серьезную проблему для коммерциализации DMFC. Обычно ученые используют различные стратегии для улучшения характеристик DMFC при высоких концентрациях метанола.
К ним относятся улучшение системы подачи топлива, разработка мембран, модификация электродов и управление водными ресурсами.«Эти традиционные стратегии принципиально не преодолевают ключевое препятствие, но неизбежно усложняют конструкцию DMFC и, следовательно, увеличивают их стоимость», — сказал ЯН Цзюнь, профессор IPE. Работая с FENG Yan, докторантом, и LIU Hui, доцентом, YANG использовали селективные электрокатализаторы для запуска DMFC при концентрациях метанола до 15 M, альтернативный метод решения кроссовера метанола в DMFC.Анодные и катодные катализаторы DMFC обычно основаны на платине (Pt).
Эти катализаторы не являются селективными для реакции окисления метанола (MOR) на аноде или реакции восстановления кислорода (ORR) на катоде. Обладая глубоким пониманием механизмов электродных реакций в DMFC, исследователи разработали и изготовили гетерогенные электрокатализаторы на основе благородных металлов с повышенной каталитической активностью и высокой селективностью по MOR и ORR.
Обнадеживает то, что DMFC очень хорошо работают с метанолом высокой концентрации в качестве топлива за счет достаточного использования структурной уникальности и эффектов электронной связи между различными областями гетерогенных электрокатализаторов на основе благородных металлов.Тройные нанокомпозиты Au-Ag2S-Pt со структурами ядро-оболочка-оболочка демонстрируют превосходную анодную селективность из-за электронной связи между их различными доменами, в то время как наночастицы Au-Pd ядро-оболочка с тонкими оболочками Pd демонстрируют превосходную катодную селективность из-за синергетических эффектов между их ядро Au и тонкая оболочка Pd.
Заводской DMFC с селективными катализаторами обеспечивает максимальную удельную мощность 89,7 мВт / см2 при концентрации исходного метанола 10 M и сохраняет хорошие характеристики при концентрациях метанола до 15 M.«Затем мы собираемся оптимизировать общий размер катализаторов, например, используя нанокластеры Au с мелким диаметром в качестве исходных материалов для дальнейшего повышения активности / селективности для реакций DMFC», — сказал Янг. Таким образом, будут созданы новые технологии, которые помогут улучшить конструкцию более экономичных и эффективных систем DMFC.