聚合物电解质膜燃料电池（PEMFC）广泛应用的最大障碍是成本，主要是由于铂催化剂的使用。在旋转圆盘电极（RDE）上具有高本征催化剂活性的催化剂在膜电极组件（MEA）中很少实现，这是PEMFC面临的长期挑战，从而导致催化剂利用率低。为了将催化剂的高RDE性能转化为MEA，印第安纳大学与普渡大学印第安纳波利斯联合分校Xie Jian提出了离聚物/催化剂界面的设计：薄的离聚物膜覆盖到Pt纳米颗粒的最大表面，从而同时最大限度地提高催化剂的利用率，（即高质量活性和电化学活性表面积）和O₂扩散速率（即高电流密度性能），而不影响质子传导。

本文要点：

1) 建立这样的离聚物/催化剂界面是一个长期的挑战，因为离聚物和催化剂颗粒之间缺乏相互作用，从而导致大的离聚物团聚体和离聚物在催化剂纳米颗粒上的不均匀覆盖，进而导致燃料电池性能差。作者利用催化剂油墨中带正电的催化剂和带负电的离聚物颗粒之间的静电吸引作用设计了离聚物/催化剂界面，并将其保存到固体催化剂层中。

2) 因此，对于纯Pt催化剂，该界面在质子交换膜燃料电池中具有高的催化剂利用率（75% vs. 45%）和峰值/额定功率密度（即1.430/0.930W/cm²，H₂/Air，阴极Pt负载：0.1mg_Pt/cm²），甚至好于Pt合金催化剂。该工作证明了液相中界面的形成（使用超小角度射线散射结合冷冻TEM、等温滴定量热法）和固体催化剂层中保留的界面（使用TEM），并评估了离聚物膜的有效覆盖率和厚度（使用极限电流密度、RDE和燃料电池性能）。

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Chenzhao Li et.al Unraveling the Core of Fuel Cell Performance: Engineering the Ionomer/Catalyst Interface EES 2023

DOI: 10.1039/D2EE03553G

https://doi.org/10.1039/D2EE03553G