Nano Energy：多尺度圖案化膜和可控金屬斷裂層用于高性能甲醇燃料電池的界面工程

【引言】

直接甲醇燃料電池（DMFC）作為一種理想的電源由于其高能量密度，環境友好性以及易于處理的特點受到了廣泛的關注，其能夠滿足便攜式電子產品日益增長的需求。盡管如此，為了使DMFC商業化，需要克服諸如高催化劑負載和大系統體積等一些阻礙。在DMFC組件中，膜電極組件（MEA）是最重要的。作為燃料電池的核心部件，MEA分別通過甲醇的電化學氧化和在陽極和陰極處的氧氣還原來發電。

【成果簡介】

近日，江原國立大學Yong-Hun Cho、首爾大學Yung-Eun Sung、Mansoo Choia（共同通訊）等人報道了一種通過蠕變輔助順序壓印和簡單拉伸技術在催化劑層和膜之間引入多尺度圖案化膜和可控金屬斷裂層的界面工程方法。具有多尺度圖案化膜的MEA覆蓋整個表面，甚至覆蓋到微結構的側表面上，由于減薄電極提高了質量傳輸，活性中心的有效利用以及增強的Pt利用率，電池顯示出顯著改善的性能。為了獲得進一步的性能增強，團隊將可控金斷裂層與多尺度圖案化的膜結合到MEA中。電化學無活性的薄金層充當甲醇交叉的物理屏障，并且可控的裂縫提供多個質子通路。相關成果以題為“Interface engineering for high-performance direct methanol fuel cells using multiscale patterned membranes and guided metal cracked layers”發表在了Nano Energy上。

【圖文導讀】

圖1 通過熱壓印制造多尺寸棱柱形圖案膜的示意圖

多尺度棱鏡模具是基于蠕變順序壓印法制造的，這是該團隊以前為了構建多尺度結構而開發的

圖2 結構表征

（a-c）（a）平面基準，（b）棱鏡圖案（P-10）和（c）多尺寸棱鏡圖案（MP-10）膜表面的SEM圖像

（d-f）所制備的CCM陽極催化劑層的（d）平面，（e）棱鏡圖案（P-10）和（f）多尺度棱鏡圖案（MP-10）FIB輔助橫截面SEM圖像

圖3 極化曲線和EIS光譜

（a）帶有棱鏡（P-10）和多尺度棱鏡圖案（MP-10）膜的MEAs單細胞極化曲線

（b）帶有棱鏡（P-10）和多尺度棱鏡圖案（MP-10）膜的MEAs的EIS光譜

圖4 機械拉伸示意圖及SEM圖像

（a）通過簡單的機械拉伸（?0.25的應變）產生的Au裂紋的示意圖

（b）Au裂紋的棱柱圖案（P-10-Au）和多尺度棱柱圖案（MP-10-Au）膜表面的SEM圖像

【小結】

該研究開發了一種通過蠕變輔助順序壓印和簡單拉伸技術在催化劑層和膜之間引入多尺度圖案化膜和可控金屬斷裂層的界面工程的方法，相信研究報道的界面工程為制造高性能燃料電池提供了一條切實可行的途徑，并具有應用于其他能源設備的潛力。

文獻鏈接：Interface engineering for high-performance direct methanol fuel cells using multiscale patterned membranes and guided metal cracked layers（Nano Energy,2017,DOI:10.1016/j.nanoen.2017.11.011）

本文由材料人新能源組Allen供稿，材料牛整理編輯。

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