A durabilidade das células de combustível de membrana de troca prótonica durante o início/parada (SUSD) e ciclos de carga dinâmica é limitada por um compromisso entre a corrosão do suporte de carbono e o amadurecimento do Pt. Aqui, relatamos um suporte de carbono grafitizado modificado com nitrogênio (N-GC) que mitiga ambos os caminhos de degradação simultaneamente. A grafitização do Ketjenblack EC-300J (EC300) produz carbono grafitizado (GC) com uma estrutura altamente ordenada, enquanto a incorporação de nitrogênio ultrabaixo introduz modulação eletrônica na interface metal-suporte. Isso fortalece as interações metal-suporte, suprimindo a migração das nanopartículas de Pt e o crescimento durante os ciclos de carga dinâmica, e mantendo a resistência à corrosão sob SUSD. Pt/N-GC exibe uma robustez excepcional após testes de estresse acelerados (ASTs) especificados pelo Departamento de Energia dos EUA (DOE). Durante o AST focado no suporte de carbono, Pt/N-GC limita a perda de tensão a 27 mV a 1,5 A cm–2 e retém 61,88% de sua área de superfície eletroquímica inicial (ECSA), superando Pt/EC300 (>140 mV, 23,98%) e atendendo às metas do DOE. No AST focado no catalisador, Pt/N-GC limita a perda de tensão a 42 mV a 0,8 A cm–2 e mostra uma retenção de ECSA superior de 53,22% em comparação com Pt/GC (60 mV, 36,21%). Em um empilhamento refrigerado a ar de 100 W sob ciclos simulados de motocicletas, Pt/N-GC oferece uma vida útil de 237,2 h, superando tanto Pt/GC (226,2 h) quanto Pt/EC300 (143,9 h). Este trabalho estabelece uma estratégia de design de suporte que reconcilia a corrosão do carbono e o amadurecimento do Pt, validando a durabilidade de células únicas a empilhamentos engenheirados.
Liu et al. (Quarta-feira,) estudaram esta questão.