Lung-like gas supply for hydrogen oxidation reaction in fuel cell anode

Opis projektu

Nowatorskie architektury dyfuzyjne stanowią powiew świeżości w dziedzinie technologii ogniw paliwowych

Ogniwa paliwowe to konstrukcje, które pozwalają skutecznie przekształcać energię chemiczną wiązań w wodorze w postaci gazowej na energię elektryczną z wodą jako jedynym produktem ubocznym. Od kiedy udało się zastosować je z powodzeniem w różnych rozwiązaniach technologicznych, od branży transportowej po stacjonarne wytwarzanie energii, budzą one zainteresowanie na całym świecie. Dwie zasadnicze reakcje zachodzące na dwóch elektrodach – i w obecności katalizatora – to utlenianie wodoru i jego redukcja (HOR). Szybkość dyfuzji reagentów ma zasadnicze znaczenie dla przeprowadzania reakcji HOR, ale zazwyczaj nie jest brana pod uwagę w badaniach, które skupiają się raczej na optymalizacji katalizatorów. Finansowany ze środków UE projekt HydrogenLung został przygotowany z myślą o opracowaniu zupełnie nowej metody, która zakłada wprowadzenie do warstwy katalizatora przypominających strukturą płuco, wieloetapowych kanałów gazowych. Rozwiązanie takie podniosłoby stopień dyfuzji, zwiększyło sprawność procesu i przyspieszyło tempo wprowadzania do użytku przyjaznej środowisku technologii ogniw paliwowych.

Cel

In researches about hydrogen oxidation reaction (HOR) at the anode of a fuel cell, most researchers concentrate on the intrinsic activity and stability of catalysts, while few researches study the gas diffusion effect in depth, which is however the rate-determine step for most HOR. Enlightened by the efficient lungs’ supply of oxygen to human with multistage bronchi and pulmonary alveoli, we plan to improve the hydrogen gas diffusion for HOR by constructing multistage superaerophilic gas channels (MSGC) in the catalyst layer (CL). Traditionally, to build gas channels in CL, people modify powder catalysts with aerophilic binder, which however cause aggregation and therefore hindered the transfer of electron and mass. Besides, part of the randomly made gas channels are closed that cannot transfer hydrogen actually. Thus, there are two challenges in MSGC construction: a solid and strong hierarchical micro-nano skeleton, that won’t aggregate, to support catalyst and channels, and a method to control the direction of the channels. Herein, we propose tungsten carbide nanoarrays (WC NA) as the skeleton for Pt catalyst and invent a vacuum-control method based on superwetting technology to direct the gas channels. Although WC nanoparticles have been proved promising as the substrate of Pt for HOR, WC NA has never been tried. Based on the novel structure, we will study the relationship between structure, gas diffusion, and HOR efficiency in depth. Targeting at the rate-determine step of HOR, we’re expecting a theoretical breakthrough in HOR, which will offer an alternative approach for making hydrogen anode in fuel cell industry.

Dziedzina nauki

Program(-y)

Temat(-y)

MSCA-IF-2019 - Individual Fellowships

Zaproszenie do składania wniosków

H2020-MSCA-IF-2019

Zobacz inne projekty w ramach tego zaproszenia

System finansowania

MSCA-IF-EF-ST - Standard EF

Koordynator

AALTO KORKEAKOULUSAATIO SR

Wkład UE netto

€ 202 680,96

Adres

OTAKAARI 1
02150 Espoo
Finlandia

Region

Manner-Suomi Helsinki-Uusimaa Helsinki-Uusimaa

Rodzaj działalności

Higher or Secondary Education Establishments

Linki

Kontakt z organizacją Strona internetowa

Uczestnictwo w unijnych programach w zakresie badań i innowacji

sieć współpracy HORIZON

Koszt całkowity