Oxit vonfram trong điện cực tế bào nhiên liệu điện phân polymer

Phát triển vật liệu điện cực thay thế mới là điều cần thiết để pin nhiên liệu điện phân polymer (PEFC) có thể tiếp cận thị trường rộng lớn. Ngày nay, tải bạch kim cao là cần thiết, đặc biệt là trên cực âm, để có được hoạt động đủ để giảm oxy. Ngoài ra, sự suy giảm điện cực gây mất diện tích bề mặt xúc tác và đòi hỏi tải trọng ban đầu cao để duy trì hiệu suất của tế bào theo thời gian. Có những vấn đề liên quan đến Pt cũng ở phía cực dương nơi nhiễm độc chất xúc tác, ví dụ: CO, làm giảm hoạt động.

Các cách tiếp cận để cải thiện các điện cực và giảm chi phí liên tục được đánh giá và bao gồm các chất xúc tác hoặc hỗ trợ thay thế cũng như các cấu trúc và hình thái mới của lớp xúc tác. Các chất xúc tác thay thế, dựa trên các kim loại không quý, hợp kim / hỗn hợp Pt và / hoặc các chất hỗ trợ mới tốt nhất nên giảm tổng lượng Pt, tăng hoạt tính và ổn định trong môi trường pin nhiên liệu. Vật liệu hỗ trợ có thể ảnh hưởng đến hoạt động bằng hiệu ứng lan tỏa cũng như thay đổi cấu trúc điện tử của chất xúc tác. Các vật liệu hỗ trợ mới có thể cải thiện hoạt động, sử dụng và tính ổn định của chất xúc tác hoặc của chính chất hỗ trợ.

Vonfram oxit là một vật liệu đã được nghiên cứu rộng rãi cho một loạt các ứng dụng, chủ yếu, do tính chất điện hóa độc đáo của nó mà còn cho các hoạt động điện giật của nó. Sự điện hóa cho phép oxit vonfram xen kẽ / khử các ion (ví dụ: H, Li, Na, K, Pb, Cd) vào cấu trúc của nó trong sự hình thành các đồng vonfram. Dạng được nghiên cứu rộng rãi nhất là đồng vonfram hydro trong đó các proton được chèn vào cấu trúc oxit là HxWO3 và 0 < x < 1. Cơ chế hình thành đồng đã là chủ đề cho nhiều nghiên cứu và người ta cho rằng các nguyên tử hydro tạo thành liên kết hydroxyl trong các oxit vonfram.

Sự hình thành đồng bị ảnh hưởng rất lớn bởi hàm lượng nước, độ xốp và cả độ kết tinh, do đó ảnh hưởng đến tính chất xúc tác của oxit vonfram. Đồng thời với các proton có thể được kết hợp trong cấu trúc WOx, chúng cũng có tính di động đáng kể, có nghĩa là WOx hoạt động như một chất dẫn proton trong những điều kiện này. Do sự hình thành đồng vonfram hydro phụ thuộc vào hàm lượng nước, sự thay đổi lớn về độ dẫn đã được báo cáo khi thay đổi độ ẩm tương đối. Hơn nữa, Pt được hỗ trợ trên oxit vonfram đã được chứng minh là có ảnh hưởng đến sự hình thành đồng và cả cường độ tăng của các đỉnh xen kẽ / khử xen kẽ hydro cũng như sự thay đổi của điện thế cực đại sang điện thế cao hơn đã được báo cáo.

Oxit vonfram đã được đánh giá là chất xúc tác hỗ trợ và hoạt động trong cực dương của pin nhiên liệu cũng như điện cực catốt. Oxit vonfram duy nhất đã hiển thị hoạt động cho quá trình oxy hóa hydro, được cho là do độ xốp cao và diện tích bề mặt cao. Các chất xúc tác dựa trên Pt và vonfram oxit kết hợp đã được nghiên cứu để oxy hóa metanol / ethanol, oxy hóa CO, oxy hóa hydro cũng như khử oxy. Đối với quá trình oxy hóa metanol, hệ thống Pt trên WOx đã cho thấy hiệu quả cải thiện so với chất xúc tác Pt do cả sự tràn của hydro từ Pt sang WOx nhưng cũng có khả năng WOx cung cấp các nguyên tử oxy ở mức tiềm năng thấp và do đó tránh được nhiễm độc CO. Những người khác đã quy kết hiệu suất được cải thiện cho diện tích bề mặt hoạt động điện hóa tăng (ECSA) của Pt trên WOx.

Oxit vonfram cũng tương đối ổn định trong môi trường axit, đây là điều kiện tiên quyết để sử dụng trong các ứng dụng pin nhiên liệu điện phân polymer. Tuy nhiên, một số sự hòa tan của oxit vonfram đã được báo cáo. Trong một nghiên cứu trước đây, chúng tôi đã kiểm tra tác động của các oxit kim loại khác nhau đến tính ổn định và hoạt động của bạch kim trong catốt mô hình mỏng trong PEFC. Pt trên WOx đã thể hiện một hoạt động cải thiện để giảm oxy và cũng có thể là sự ổn định được cải thiện so với Pt. Các đặc điểm thú vị như giảm sự hình thành oxit bạch kim và sự hình thành đồng vonfram hydro xúc tác bạch kim cũng được nhìn thấy khi Pt được gửi trên WOx.