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酸素輸送抵抗低減を目指したPEFGグラフェン触媒層に関する検討

机译:旨在减少氧输运抗性的PEFG石墨烯催化剂层的研究

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摘要

固体高分子形燃料電池(PEFC)は,地球温暖化の原因と考えられている二酸化炭素を排出しないという点や,その発電効率の高さから環境への負荷が小さい発電機器として注目されている.しかし,燃料電池普及に向けては多くの課題があり,その一つが反応触媒として白金(Pt)を使用することによる高コストである.ここで,カソード触媒層では反応にプロトン·電子·酸素が必要であり,これらの物質輸送を円滑化することで白金利用の高効率化,それに伴う白金使用量が,PEFCのコスト削減につながると期待できる.本研究では,触媒層において白金を担持しているカーボンに注目した.近年,グラファイトの単原子層構造を持つグラフェンにプロトン伝導性があるということが報告された.従来のKetjen BlackやVulcanといったカーボンを白金担体として使用する場合,プロトンを白金まで伝導するためにアイオノマーが必要であった.しかし,このアイオノマーが白金を覆う必要があり,酸素の白金までの輸送経路にとって,抵抗の主要因となっていることが著者らの先行研究から得られた.したがって,グラフェンに白金を担持させたものをカソード触媒層に用いることにより,アイオノマーを用いずに効率的な発電が可能になると考えた.ここで著者らは,白金表面での酸素輸送抵抗を低減するため,グラフェンを白金担体とした触媒層を試作し,その性能を測定した.その結果,グラフェンを用いることにより,低白金条件でも効率的な発電が可能となる指針が得られた.本稿では再現性の確認や現状の問題の明確化とともに,グラフェンを用いたアイオノマーフリー触媒層のプロトン輸送に関する考察も行った.
机译:固体聚合物燃料电池(PEFC)作为不排出被认为导致全球变暖的二氧化碳的发电装置引起关注,其功率效率较小。。然而,燃料电池扩散存在许多问题,其中一个是使用铂(Pt)作为反应催化剂的高成本。这里,阴极催化剂层需要反应中的质子,电子和氧气,并通过促进这些物质运输,铂的效率,以及伴随的铂金的量导致我可以期望的PEFC的成本降低。在该研究中,我们专注于催化剂层中的碳携带铂。近年来,据报道,石墨烯具有质子电导率,具有石墨的MonitoColic层结构。当碳如常规Ketjen黑色或硫磺的碳用作铂载体时,需要离聚物来融入铂。然而,这种离聚物需要覆盖铂,它是从作者的领先研究中获得的,即抗性的主要因素主要是由于氧气铂的运输路径。因此,通过使用作为阴极催化剂层的铂载铂,认为可以在不使用离聚物的情况下进行有效发电。这里,作者用石墨烯被原型的催化剂层被作为铂载体,以降低铂表面上的氧气传输性,并测量其性能。其结果是,使用石墨烯,获得即使在低铂条件与高效率发电的准则。在本文中,我们还使用石墨烯对离聚物 - 无催化剂层的质子传输进行考虑,以及对当前问题的再现性的清晰度和澄清。

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