Non-noble metal-based nano wire networks as novel support-less catalyst structures in alkaline fuel cells

非贵金属基纳米线网络作为碱性燃料电池中新型无载体催化剂结构

基本信息

项目摘要

The development of stable anion exchange membranes made alkaline fuel cells increasingly attractive in recent years. Due to decreased corrosivity, alkaline systems enable the use of less expensive non-noble catalysts. Using cost-efficient metals, such as nickel, it is even possible to apply bulk structures, which are not supported on a high-surface area material. The focus of this project is on the synthesis of support-less, three-dimensional, non-noble metal based structures using ion-track etched polycarbonate foils as hard templates, and their application in alkaline fuel cells. Ni and Ni-Pd nanowire networks serve as model systems, which can be systematically varied and implemented as a model electrode into a fuel cell with anion-exchange membrane. In contrast to the commercially-applied catalysts, the thus prepared 3D structures are well-defined, can be tailor-made over a wide range of parameters and therefore also used for very fundamental investigations. Applying only cheap non-noble metals in the future enables the use of bulk unsupported electrocatalysts, thus making them a viable alternative also for commercial application. Therefore, not only systematic structure-activity correlations will be investigated, but also experiments with respect to long-term stability in low-temperature fuel cells with alkaline membrane will be performed in order to demonstrate the applicability of these novel structures.
近年来,稳定阴离子交换膜的发展使碱性燃料电池越来越有吸引力。由于腐蚀性降低,碱性系统可以使用较便宜的非贵金属催化剂。使用具有成本效益的金属(例如镍),甚至可以应用不支持高表面积材料的块状结构。该项目的重点是使用离子径迹蚀刻聚碳酸酯箔作为硬模板合成无支撑、三维、非贵金属结构,及其在碱性燃料电池中的应用。 Ni 和 Ni-Pd 纳米线网络作为模型系统,可以系统地变化并作为模型电极应用到带有阴离子交换膜的燃料电池中。与商业应用的催化剂相比,由此制备的 3D 结构是明确定义的,可以在广泛的参数范围内定制,因此也可用于非常基础的研究。未来仅应用廉价的非贵金属就可以使用块状无载体电催化剂,从而使其成为商业应用的可行替代品。因此,不仅要研究系统的结构-活性相关性,还要进行碱性膜低温燃料电池的长期稳定性实验,以证明这些新颖结构的适用性。

项目成果

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Electrodeposition of palladium-dotted nickel nanowire networks as a robust self-supported methanol electrooxidation catalyst
  • DOI:
    10.1007/s10853-021-06088-6
  • 发表时间:
    2021-04
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4.5
  • 作者:
    Tim Boettcher;S. Stojkovikj;P. Khadke;U. Kunz;M. Mayer;C. Roth;W. Ensinger;F. Muench
  • 通讯作者:
    Tim Boettcher;S. Stojkovikj;P. Khadke;U. Kunz;M. Mayer;C. Roth;W. Ensinger;F. Muench
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