ナノワイヤーのイノベーション: 耐久性が向上した燃料電池に革命を起こす

ロスアラモス国立研究所2023年8月28日

電極内で垂直に整列した同軸ナノワイヤーと、ナノワイヤー内のアイオノマーコア内でプロトンが輸送されます。 白金ナノフィルムシェル内で輸送された電子は酸素と結合して、燃料電池のカソード反応を完了します。 クレジットLANL

画期的な燃料電池設計は、大型トラック輸送やその他のさまざまなクリーン燃料電池用途に潜在的な進歩をもたらします。 有望で耐久性の高い燃料電池設計は、大型トラック輸送やその他のクリーンな燃料電池アプリケーションの変革に役立つ可能性があります。 他の設計よりも腐食の影響を受けにくいナノワイヤで構成された革新的な電極（高分子電解質膜型燃料電池の心臓部）は、車両用の排出ガスのない電力として水素を使用する燃料電池の新時代の到来をもたらす可能性があります。

「現実世界の観点から言えば、これは、より長い寿命にわたって高い燃費を提供する、より耐久性の高い燃料電池を開発できることを意味します」と、その結果をジャーナルで説明したロスアラモス国立研究所チームの科学者ジェイコブ・スペンデロー氏は述べた。先進的な素材。 「この研究は、従来の炭素ベースの触媒担体を廃止し、高い燃料電池性能を達成しながら炭素腐食に伴う劣化の問題を排除できることを実証しました。」

耐久性が向上したこの燃料電池は、25,000 時間を超える燃料電池の寿命が不可欠な大型トラック輸送用途での使用に有望な候補となっています。

同軸ナノワイヤ電極 (CANE) は垂直に整列したナノワイヤのアレイで構成されており、各ナノワイヤはイオン伝導性ポリマーのコアを取り囲む触媒活性のある白金膜で構成されています。 CANE は炭素ベースの触媒担体を回避することで、炭素腐食に関連する一般的な劣化メカニズムを排除します。

新しい燃料電池の耐久性を評価するために、ロスアラモス国立研究所のチームは加速ストレステストを実施しました。 注目すべきことに、CANE は、サポート材料を対象とした 5,000 回のストレス テスト サイクルを受けた後でも、その性能がわずか 2% 低下しました。 対照的に、従来の炭素ベースの電極では、性能が 87% という驚異的な低下を経験しました。

同軸ナノワイヤ手法は、ロスアラモス国立研究所で生み出されたいくつかの新しい燃料電池設計のうちの 1 つです。 溝付き電極の設計が最近 Nature Energy に記載されました。

参考資料：「同軸ナノワイヤ電極により燃料電池の優れた耐久性が実現」、Gaoqiang Yang、Siddharth Komini Babu、Wipula PR Liyanage、Ulises Martinez、Dmitri Routkevitch、Rangachary Mukundan、Rodney L. Borup、David A. Cullen、Jacob S. Spendelow 著、6 月 19 日2023、先端材料.DOI: 10.1002/adma.202301264

資金提供: この研究は、ミリオン マイル燃料電池トラック コンソーシアムおよびロス アラモス国立研究所の研究所主導型研究開発プログラムを通じて、米国エネルギー省水素・燃料電池技術局 (DOE-HFTO) によって支援されました。 この研究の一部は、米国エネルギー省科学局のために運営されている科学局ユーザー施設である統合ナノテクノロジーセンターで行われました。 電子顕微鏡検査は、オークリッジ国立研究所の DOE 科学局ユーザー施設であるナノ相材料科学センターで実施されました。