电化学储能装置有望为电网和交通应用提供清洁和可持续的解决方案。基于质子交换膜的组合式再生燃料电池（PEM-URFC）将氢燃料电池和水电解槽组合成一个组合式装置，可以特别针对长期(>8 h)的储能。然而，PEM-URFC的低往返效率和较差的稳定性阻碍了其广泛的应用。
近日，美国劳伦斯伯克利国家实验室Nemanja Danilovic报道了突破了上述障碍，通过双功能催化剂层的设计和优化中的分层设计展示了一种高效、灵活和稳定的URFC。
文章要点
1）优化后的Pt-Ir黑色电极在1000 mA cm-2的电流密度下，CE和CG模式下的RTEs分别达到56%和53%。CE和CG模式下的URFC均能连续工作500h以上，降解可忽略不计。在2000 mA cm-2的电流密度下，URFC实现了令人惊讶的45%的RTE。
2）研究发现，无载体Pt-Ir催化层的孔隙率和曲折度是决定URFC反应速率的重要因素。由更多的多孔和更少的曲折的催化层实现的开放和直接的传输路径导致了更好的催化剂利用率和更低的传质阻力。开发具有双功能特性的电催化剂可能没有必要，但仍被认为是圣杯。相反，精心设计的催化层与燃料电池和电解槽半反应专用的不同催化剂的混合物也可以实现优异的URFC性能，并且与离散系统相比，PGM总负载量减少了31%，从而实现了优异的URFC性能和耐久性。
3）CE模式和CG模式URFC的性能分析表明，传质是限制CG模式URFC性能的关键因素。厚的PTL可能会导致O2扩散长度延长，未充分利用焊盘下方的催化剂层以及在放电过程中可能发生溢流。
这项工作表明，URFCs在性能上可以与其他长效或电网规模的储能技术相媲美，并具有广阔的前景。
Xiong Peng, et al, Hierarchical Electrode Design of Highly Efficient and Stable Unitized Regenerative Fuel Cells (URFCs) for Long-term Energy Storage, Energy Environ. Sci., 2020
DOI: 10.1039/D0EE03244A
https://doi.org/10.1039/D0EE03244A
