从以化石燃料为基础的能源系统转变为基于可再生能源（RESs）的能源系统，如风能或太阳能发电厂，需要灵活的大规模能源存储能力。水电解（WE）和FC共同构成了一个封闭的化学和能量循环。将WE和FC功能结合到一个设备中，这就是所谓的可再生氢/氧燃料电池(RFC)。组合式再生燃料电池(URFC)为可再生电力的转换，存储和供应提供了一个有希望的紧凑概念。然而，实际上，动力学缓慢的多电子过程，特别是氧电极上的ORR和OER，需要较大的超电势。ORR和OER之间的超电势导致ORR和OER的起始电势之间存在较大的电势差，这就是为什么催化剂在间歇性燃料电池和水电解操作过程中会遭受效率损失和降解的原因。

有鉴于此，柏林工业大学Peter Strasser教授等人，介绍了一种模块化、多组分催化剂的设计原理，并以一种为单一化可逆性燃料电池(URFCs)氧电极设计的三组分氧还原/析氧反应(ORR/OER)催化剂为例进行了说明。

本文要点

1）该催化剂体系在液体电解质和单个单元可逆燃料电池测试中均表现出空前的催化性能。分别对ORR或OER具有活性的不同组分分别进行制备和优化，并在电极制备过程中进行物理混合。

2）新型模块化URFC催化剂Cu-α-MnO₂/XC-72R/NiFe-LDH，将碳负载的铜稳定α-MnO₂ ORR催化剂与NiFe-LDH OER催化剂结合使用，与铂族金属相比，在URFC循环下显示出更高的活性和稳定性。

3）通过对OER组分的碳和层间阴离子的逐步模块化优化，进一步得到了改进的衍生物Cu-α-MnO₂/O-MWCNTs/NiFe-LDH-Cl^–。该URFC催化剂在复合过电位η_ORR-OER和旋转盘电极（RDE）标度的性能稳定性方面优于所有以前的材料。

参考文献：

Malte Klingenhof et al. Modular Design of Highly Active Unitized Reversible Fuel Cell Electrocatalysts. ACS Energy Lett., 2021.

DOI: 10.1021/acsenergylett.0c02203

https://doi.org/10.1021/acsenergylett.0c02203