GOALI: One Step Direct Deposition of Durable Cathode for High Temperature Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC)

GOALI:高温质子交换膜燃料电池(PEMFC)耐用阴极的一步直接沉积

基本信息

  • 批准号:
    1265893
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 42.32万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2013
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2013-06-01 至 2018-01-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

This Grant Opportunity for Academic Liaison with Industry (GOALI) award will enable scientific inquiry and realization of innovative manufacturing methods to deposit new catalyst and electrode structures onto high temperature proton exchange membranes. The approach taken in this work will allow for independent control over compositional and structural parameters in a single flame-based reactive spray deposition step, significantly reducing the number of manufacturing steps that are required with traditional processes. This will enable high performing proton exchange membrane fuel cells to be produced at low manufacturing cost. In this work, the team will quantify the impact of processing conditions on the catalyst and electrode structure, and will use this information to discover the fundamental limits to which processing can push activity. To accomplish this, the team will study the influence of processing parameters on particle formation, catalyst utilization and morphology. Additionally, the influence of the support and electrode layer thickness on catalyst utilization and durability will be studied. Electrochemical characterization of the high surface area catalysts will be performed on three levels: catalyst, ex-situ electrodes, and in-situ electrodes. This information will be used to study the electrochemical Thiele modulus as a design tool for oxygen reduction electrocatalysts. Educationally, this grant will provide high school students and teachers as well as undergraduate and graduate students with hands-on experience and training in the fields of sustainable energy, manufacturing and electrochemical engineering. The grant will also provide opportunities for student internships in industry with the industrial partner Sonalysts. If successful, the results of this research will lead to improvements in the electrochemical activity and catalyst utilization of commercial-scale electrodes. This research will also provide critical structure-property information for the rational design of next-generation structures. This research will also focus on bridging laboratory-scale discovery and large scale catalyst nanomanufacturing, allowing for rapid implementation by our industrial partner, Sonalysts. Implementation and scale-up of the structure-property information will further reduce the cost and improve the performance stability of electroactive materials in several platforms. Immediate commercial derivatives of the proposed project include: a novel, scalable catalyst synthesis process; formulations for high temperature proton exchange membrane fuel cells; and hybrid fuel-cell battery submersibles. Although this project is focused on fuel cells, the results can be implemented toward batteries, sensors and catalysts in general.
这项学术与工业联络资助机会(GOALI)奖将使科学探究和实现创新的制造方法,以将新的催化剂和电极结构沉积到高温质子交换膜上。在这项工作中采用的方法将允许在单个基于火焰的反应喷涂沉积步骤中独立控制成分和结构参数,显着减少传统工艺所需的制造步骤的数量。这将使高性能质子交换膜燃料电池以较低的制造成本生产。在这项工作中,该团队将量化加工条件对催化剂和电极结构的影响,并将利用这些信息来发现加工可以推动活性的基本限制。为了实现这一目标,该团队将研究工艺参数对颗粒形成、催化剂利用和形态的影响。此外,还将研究载体和电极层厚度对催化剂利用率和耐久性的影响。高比表面积催化剂的电化学表征将在三个层面上进行:催化剂、非原位电极和原位电极。这些信息将用于研究电化学Thiele模量作为氧还原电催化剂的设计工具。在教育方面,这项资助将为高中学生和教师以及本科生和研究生提供可持续能源、制造和电化学工程领域的实践经验和培训。该补助金还将为学生提供与工业合作伙伴Sonalysts在工业领域实习的机会。如果成功,这项研究的结果将导致商业规模电极的电化学活性和催化剂利用率的提高。该研究还将为下一代结构的合理设计提供关键的结构性能信息。这项研究还将专注于连接实验室规模的发现和大规模的催化剂纳米制造,允许我们的工业合作伙伴Sonalysts快速实施。结构-性能信息的实施和扩大将进一步降低成本,提高电活性材料在多个平台上的性能稳定性。拟议项目的直接商业衍生品包括:一种新颖的、可扩展的催化剂合成工艺;高温质子交换膜燃料电池的配方混合燃料电池潜水器。虽然这个项目的重点是燃料电池,但其结果可以应用于电池、传感器和催化剂。

项目成果

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