丰田中央研究所Nat. Comm.: 透氧离聚物在聚合物电解质燃料电池中的作用

近年来，大量的研究和开发工作致力于提高聚合物电解质燃料电池的性能。然而，这些能量转换装置的功率密度和催化活性仍远不能满足大规模运行。

株式会社丰田中央研究所Ryosuke Jinnouchi等人报告了通过在阴极催化剂层中将环状结构骨架基质加入离聚物来提高性能。

单池和微电极的电化学表征表明，使用具有高氧溶解度的离聚物可以获得高功率密度。高溶解度允许氧气渗透离聚物/催化剂界面并与催化剂表面上的质子和电子反应。

此外，单池和单晶表面的表征表明，由于磺酸根阴离子基团减轻了催化剂中毒，氧还原反应活性增强。分子动力学模拟表明，高渗透性和中毒减轻都是由于引入的环状结构基质抑制了催化剂表面附近聚合物骨架的密集分层折叠。

该研究阐明了HOPI在PEFC中的作用，发现HOPI同时增强了阴极CL中的氧传输和质量ORR活性。微电极分析和MD模拟表明，HOPI中的高渗透主要归因于高氧溶解度，这增强了氧通过离聚物/Pt界面的渗透。

MD模拟还表明界面氧渗透仍然是HOPI中氧传输的瓶颈。这些实验和理论观察表明，离聚物量身定制的分子设计促进了局部氧传输和催化反应。

The Role of Oxygen-permeable Ionomer for Polymer Electrolyte Fuel Cells. Nature Communications, 2021. DOI:10.1038/s41467-021-25301-3

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