通过双功能结合剂实现平衡的氧-质子传输，用于高性能低铂燃料电池

《Advanced Functional Materials》：Balanced Oxygen-Proton Transport via Dual-Functional Binders for High-Performance Low-Pt Fuel Cells

质子交换膜燃料电池（HT-PEMFCs）中质量传输阻力制约了商业化应用，尤其在低铂负载条件下。本研究开发CTFs-DCBP/PANI双功能粘结剂系统，其中掺杂磷酸的PANI实现质子/电子双传导，CTFs-DCBP的Knudsen优化微孔使氧传输阻力降低22%，相比商业PTFE粘结剂。优化膜电极组件在2 atm下实现铂质量比功率密度8.5 W mg-1，较PTFE基系统提升5.4倍，突破现有低铂负载HT-PEMFC性能极限，揭示降低氧传输阻力对提升低铂燃料电池性能的关键作用，确立新一代电极设计新准则。

　　

摘要

质量传输阻力是高温质子交换膜燃料电池（HT-PEMFCs）的主要瓶颈，尤其是在实现商业可行性所需的低铂载量条件下。尽管合理的粘结剂设计被提出作为一种潜在的解决方案，但很少有粘结剂系统能够同时降低质子和氧气的传输阻力。本研究开发了一种双功能粘结剂系统，结合了共价三嗪框架-4,4′-联苯二氰化物（CTFs-DCBP）和聚苯胺（PANI），成功解决了这一关键问题。掺杂磷酸的PANI实现了质子和电子的双向传导，而CTFs-DCBP中经过Knudsen优化的直孔结构将氧气传输阻力降低了22%，相比商用聚四氟乙烯（PTFE）粘结剂效果更为显著。优化的膜电极组件（MEA）在2个大气压下，以0.1 mg_Pt cm^?2的低铂载量实现了8.5 W mg_Pt^?1的创纪录铂质量比功率密度，其性能是商用PTFE基系统的5.4倍，并超越了所有在相同铂载量下报道的HT-PEMFCs。本研究进一步表明，降低氧气传输阻力对于在低铂载量下获得高性能燃料电池至关重要——这一关键方面在以往的研究中常常被忽视，从而为下一代电极的设计奠定了新的原则。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。