나노와이어 혁신: 내구성이 강화된 연료전지 혁명

로스 알라모스 국립 연구소(Los Alamos National Laboratory) 작성2023년 8월 28일

나노와이어 내부의 이오노머 코어로 이동하는 양성자와 함께 전극에 수직으로 정렬된 동축 나노와이어. 백금 나노필름 껍질로 운반된 전자는 산소와 결합하여 연료 전지 음극 반응을 완료합니다. 신용 LANL

획기적인 연료 전지 설계는 대형 트럭 운송 및 기타 다양한 청정 연료 전지 응용 분야에 대한 잠재적인 발전을 제공합니다. 유망하고 내구성이 뛰어난 연료 전지 설계는 대형 트럭 운송 및 기타 청정 연료 전지 응용 분야를 변화시키는 데 도움이 될 수 있습니다. 다른 설계보다 부식에 덜 민감한 나노와이어로 구성된 혁신적인 전극(고분자 전해질막 연료전지의 핵심)은 수소를 차량의 무배출 전력으로 사용하는 연료전지의 새로운 시대를 열 수 있습니다.

로스앨러모스 국립연구소(Los Alamos National Laboratory) 팀의 과학자 제이콥 스펜델로(Jacob Spendelow)는 "실제 측면에서 이는 우리가 더 긴 수명에 걸쳐 높은 연비를 제공할 수 있는 내구성이 더 뛰어난 연료전지를 가질 수 있다는 것을 의미한다"고 말했다. 고급 재료. "이 연구는 기존의 탄소 기반 촉매 지지체를 제거하여 탄소 부식과 관련된 성능 저하 문제를 제거하는 동시에 높은 연료 전지 성능을 달성할 수 있음을 보여줍니다."

강화된 내구성으로 인해 이 연료전지는 25,000시간을 초과하는 연료전지 수명이 필수적인 대형 트럭 운송 분야에 사용하기에 유망한 후보가 되었습니다.

동축 나노와이어 전극(CANE)은 수직으로 정렬된 나노와이어 배열로 구성되며, 각 나노와이어는 이온 전도성 폴리머 코어를 둘러싸는 촉매 활성 백금 필름으로 구성됩니다. 탄소 기반 촉매 지지체를 피함으로써 CANE는 탄소 부식과 관련된 일반적인 분해 메커니즘을 제거합니다.

새로운 연료전지의 내구성을 평가하기 위해 로스앨러모스 국립연구소(Los Alamos National Laboratory) 팀은 가속 스트레스 테스트를 실시했습니다. 놀랍게도 CANE는 지지 재료를 대상으로 5,000회의 스트레스 테스트 주기를 거친 후에도 성능이 단 2%만 손실되었습니다. 대조적으로, 전통적인 탄소 기반 전극은 성능이 87%나 감소했습니다.

동축 나노와이어 접근법은 로스앨러모스 국립연구소(Los Alamos National Laboratory)에서 개발된 여러 가지 새로운 연료전지 설계 중 하나입니다. 홈이 있는 전극 설계는 최근 Nature Energy에 설명되었습니다.

참고 자료: Gaoqiang Yang, Siddharth Komini Babu, Wipula PR Liyanage, Ulises Martinez, Dmitri Routkevitch, Rangachary Mukundan, Rodney L. Borup, David A. Cullen 및 Jacob S.Spendelow의 "동축 나노와이어 전극으로 뛰어난 연료 전지 내구성 가능", 6월 19일 2023, Advanced Materials.DOI: 10.1002/adma.202301264

자금: 이 작업은 Million Mile 연료 전지 트럭 컨소시엄을 통해 미국 에너지부 수소 및 연료 전지 기술 사무소(DOE-HFTO)와 Los Alamos 국립 연구소의 실험실 감독 연구 개발 프로그램의 지원을 받았습니다. 이 작업은 부분적으로 미국 에너지부 과학국에서 운영하는 과학 사용자 시설인 통합 나노기술 센터에서 수행되었습니다. 전자 현미경 검사는 Oak Ridge 국립 연구소의 DOE 과학 사용자 시설 사무국인 나노상 재료 과학 센터에서 수행되었습니다.