Було досягнуто прогресу у вивченні електролізу протонообмінної мембрани для виробництва водню з води

Команда під керівництвом Ян Хуея, дослідника з Шанхайського інституту передових досліджень Академії наук Китаю, досягла значного прогресу у виробництві водню за допомогою електролізу на протонообмінній мембрані.Загальна конструкція анода з градієнтно-впорядкованою структурою з низьким вмістом іридію для протонообмінної мембраниелектроліз води, опублікований у Nano Letters.

Гідроелектроліз на протонообмінній мембрані (PEMWE) є однією з ключових технологій виробництва водню з нульовим викидом вуглецю.Наразі велика кількість дорогоцінного металу Ir на стороні анода значно підвищує вартість PEMWE та обмежує процес його комерціалізації.Приготування каталізатора з високою активністю та низьким вмістом Ir є поширеним методом зниження кількості Ir.Однак у фактичному використанні PEMWE мембранний електрод (MEA) повинен працювати під високою щільністю струму (â¥1-2 A см-2), щоб забезпечити ефективне виробництво водню, тому проблеми низького використання каталізатора, високого Ом опору та обмеження масопередачі потрібно вирішити одночасно.Очікується, що будівництво впорядкованого MEA одночасно зменшить електрокаталітичну кінетику, масообмін і омічні втрати, що є метою дослідження водневих паливних елементів, але це досить складно.

З огляду на це, з точки зору дизайну структурної інтеграції MEA, науково-дослідна група інноваційно запропонувала підготувати новий тип упорядкованого MEA з анодним градієнтним конічним масивом і тривимірним інтерфейсом мембрани/каталітичного шару за допомогою технології нано-відбитка та статики. метод.Конічна матриця та градієнтна структура каталітичного шару збільшили експозицію активних центрів;Градієнт і тривимірний інтерфейс мембрана/каталітичний шар підвищують міцність з’єднання між інтерфейсом.Вертикально розташовані порожнечі забезпечують швидкий канал для передачі газу та рідини.Структура MEA може одночасно зменшити втрату продуктивності, спричинену електрокаталітичною кінетикою, Омом і поляризацією масопередачі.Порівняно зі звичайним MEA із завантаженням Ir 2 мг см-2, упорядкована структура збільшила електрохімічно активну площу в 4,2 рази та зменшила перенапругу маси та омічний поляризаційний перенапруження на 13,9 % і 8,7 % відповідно.Новий MEA показав чудову продуктивність 1,801 В@2A см-2, коли Ir-навантаження становило всього 0,2 мг см-2, що можна порівняти з традиційною структурою MEA з десятикратним Ir-навантаженням, і продемонстрував хорошу стабільність.Це дослідження пропонує нову стратегію розвитку PEMWE з високою продуктивністю, низьким навантаженням каталізатора благородних металів і тривалим терміном служби.