Előrelépés történt a protoncserélő membrán-elektrolízis tanulmányozásában a hidrogén előállítására vízből

A Yang Hui, a Kínai Tudományos Akadémia Sanghaji Fejlett Tanulmányok Intézetének kutatója által vezetett csapat jelentős előrelépést ért el a protoncserélő membrán elektrolízissel történő hidrogéntermelés terén.A gradiens rendezett szerkezetű anód általános kialakítása alacsony irídiumterheléssel a protoncserélő membránhozvíz elektrolízis, megjelent a Nano Letters.

A protoncserélő membrán hidroelektrolízis (PEMWE) a szén-dioxid-kibocsátás nélküli hidrogéntermelés egyik kulcsfontosságú technológiája.Jelenleg az anódoldalon található Ir nemesfém nagy mennyisége nagymértékben megnöveli a PEMWE költségét és korlátozza a kereskedelmi forgalomba hozatali folyamatát.A nagy aktivitású és alacsony Ir tartalmú katalizátor előállítása általános módszer az Ir mennyiségének csökkentésére.A PEMWE tényleges használata során azonban a membránelektródát (MEA) nagy áramsűrűség mellett (â¥1-2 A cm-2) kell üzemeltetni a hatékony hidrogéntermelés biztosítása érdekében, így az alacsony katalizátor-felhasználás problémái, nagy ohmos ellenállást és korlátozott tömegátadást egyszerre kell megoldani.A megrendelt MEA megépítése várhatóan egyszerre csökkenti az elektrokatalitikus kinetikát, a tömegtranszfert és az ohmikus veszteséget, ami a hidrogén-üzemanyagcella-kutatás célja, de ez elég nagy kihívást jelent.

Erre tekintettel a tudományos kutatócsoport a MEA szerkezeti integrációs tervezése szempontjából innovatív módon javasolta egy új típusú, anód gradiens kúpos elrendezésű, háromdimenziós membrán/katalitikus réteg interfésszel rendelkező, rendezett MEA elkészítését nano-lenyomat technológia és statikus felhasználásával. módszer.A kúpos elrendezés és a gradiens katalitikus rétegszerkezet növelte az aktív helyek kitettségét;A gradiens és a háromdimenziós membrán/katalitikus réteg interfész növeli a határfelület kötési szilárdságát.A függőlegesen elrendezett üregek gyors csatornát biztosítanak a gáz- és folyadékszállításhoz.A MEA szerkezet egyszerre képes csökkenteni az elektrokatalitikus kinetika, ohm és tömegtranszfer polarizáció okozta teljesítményveszteséget.A hagyományos, 2 mg cm-2 Ir terhelésű MEA-hoz képest a rendezett szerkezet 4,2-szeresére növelte az elektrokémiai aktív területet, illetve 13,9%-kal, illetve 8,7%-kal csökkentette a tömegtranszfer és az ohmos polarizációs túlpotenciált.Az újonnan megrendelt MEA kiváló teljesítményt mutatott 1,801V@2A cm-2, amikor az Ir terhelés már 0,2 mg cm-2 volt, ami összehasonlítható volt a hagyományos MEA szerkezettel tízszer akkora Ir terhelés mellett, és jó stabilitást mutatott.Ez a tanulmány új stratégiát kínál a nagy teljesítményű, alacsony nemesfém-katalizátorterhelésű és hosszú élettartamú PEMWE fejlesztéséhez.