納米結(jié)構(gòu)無鉑族金屬催化劑及其在燃料電池電極結(jié)構(gòu)中的集成

一種新型無鉑族金屬（PGM）催化劑納米結(jié)構(gòu)催化劑是由富氮有機(jī)前體和兩種類型的二氧化硅基質(zhì)的基礎(chǔ)上合成的。電催化劑顯示約100nm較大二氧化硅基質(zhì)的中孔隙度，并顯示出與組內(nèi)開發(fā)的最先進(jìn)催化劑相當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)和電化學(xué)性能。

三維微型X射線計算機(jī)斷層掃描（CT）揭示了所制造的氣體擴(kuò)散電極（GDE）的厚度不均勻形態(tài)，在MPL處具有較小且致密的催化劑聚集體。而較大的聚集體具有較大的空隙。所形成的電極結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)線性貫穿厚度孔隙率分布，平均聚集體為12.2μm，代表性體積為0.4μm，并且具有5.4的高彎曲度。在納米尺度上，形態(tài)是均勻的，平均粒徑為0.16μm，孔隙率為0.52。據(jù)觀察，CL的第一半厚度更均勻，低曲折度為2，這也是中尺度納米CT成像獲得的彎曲度。然而，CL遠(yuǎn)離基材的部分極度不均勻，具有大的空隙，導(dǎo)致整體曲折度為5.4。保水曲線顯示對宏觀尺度的空間依賴性，相對較低的毛細(xì)管壓力侵入這些孔隙。盡管用納米CT獲得的介孔結(jié)構(gòu)很好地描述了較大聚集體內(nèi)的形態(tài)，但微CT分辨率對于描述CL的完整厚度是必不可少的，對于不含PGM的材料，該分辨率的范圍大約為100μm，同時大部分空間不均勻性都在宏觀上發(fā)現(xiàn)。

當(dāng)油墨直接沉積在膜上時，需要進(jìn)一步的研究來了解CL形態(tài)。采用這種方法會在與MPL的接口處形成更大的空隙，從而導(dǎo)致在運(yùn)輸過程和水管理方面出現(xiàn)問題。此外，需要研究油墨（催化劑負(fù)載貫穿厚度變化）到膜和MPL上的組合涂層，其中界面間隙將在CL本身內(nèi)。