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近日，上海交通大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院章俊良教授團(tuán)隊(duì)在Electrochemical Energy Reviews上發(fā)表題為“Application of Solid Catalysts with an Ionic Liquid Layer (SCILL) in PEMFCs: From Half-Cell to Full-Cell”的綜述文章，針對(duì)離子液體修飾的催化劑顆粒在質(zhì)子交換膜燃料電池領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀及前景，進(jìn)行了系統(tǒng)性的分析和展望。上海交大機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院博士后程曉靜為論文第一作者，章俊良教授、沈水云副教授為共同通訊作者。
圖 1 綜述主要內(nèi)容：SCILL概念、SCILL催化劑電化學(xué)性能、潛在機(jī)理分析
質(zhì)子交換膜燃料電池（proton exchange membrane fuel cells，PEMFCs）具有高能量密度、零污染等特點(diǎn)，成為汽車(chē)交通和便攜式能源領(lǐng)域最具潛力的選擇之一。然而，由于催化層中大量使用鉑基催化劑，導(dǎo)致燃料電池汽車(chē)成本居高不下，嚴(yán)重阻礙其商業(yè)化應(yīng)用。近年來(lái)，得益于高氧溶解度、高質(zhì)子電導(dǎo)率、高熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，離子液體被用于質(zhì)子交換膜燃料電池中的催化劑修飾（solid catalysts with an ionic liquid layer，SCILL），得到了優(yōu)異的氧還原活性和燃料電池性能，因此受到廣泛關(guān)注。
圖2 基于不同類(lèi)型催化劑的SCILL結(jié)構(gòu)示意圖：（a）固體碳載鉑催化劑；（b）多孔碳載鉑催化劑；（c）非鉑催化劑
SCILL催化劑性能提升主要得益于兩點(diǎn)，一是催化劑表面的離子液體抑制非活性物質(zhì)的形成，保護(hù)活性位點(diǎn)，提高催化劑的活性和穩(wěn)定性；二是離子液體通過(guò)增加Pt表面的氧濃度和改善催化層中的氧傳輸，提高大電流密度下的燃料電池性能。然而，在半電池和全電池兩類(lèi)不同的微觀(guān)環(huán)境中，SCILL催化劑的適用性有所不同，如半電池中離子液體的親疏水性影響較小，但全電池中離子液體親疏水性會(huì)影響催化層內(nèi)的水氣分布，進(jìn)而影響傳質(zhì)極化損失。因此，需要有針對(duì)性的調(diào)整離子液體的化學(xué)結(jié)構(gòu)、載量等關(guān)鍵因素，以達(dá)到最優(yōu)性能。該論文得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃的資助。
論文鏈接：https://link.springer.com/article/10.1007/s41918-023-00195-5
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