S-au făcut progrese în studiul electrolizei membranei schimbătoare de protoni pentru producerea de hidrogen din apă

O echipă condusă de Yang Hui, cercetător la Institutul de Studii Avansate din Shanghai al Academiei Chineze de Științe, a făcut progrese importante în producția de hidrogen prin electroliza membranei cu schimb de protoni.Proiectarea generală a anodului cu structură ordonată în gradient cu încărcare scăzută de iridiu pentru membrana schimbătoare de protonielectroliza apei, publicat în Nano Letters.

Hidroelectroliza cu membrană schimbătoare de protoni (PEMWE) este una dintre tehnologiile cheie pentru producția de hidrogen cu emisii zero de carbon.În prezent, cantitatea mare de metal prețios Ir în partea anodului crește foarte mult costul PEMWE și limitează procesul de comercializare a acestuia.Prepararea catalizatorului cu activitate mare și conținut scăzut de Ir este o metodă comună de reducere a cantității de Ir.Cu toate acestea, în utilizarea reală a PEMWE, electrodul cu membrană (MEA) trebuie să fie operat cu densitate mare de curent (â¥1-2 A cm-2) pentru a asigura o producție eficientă de hidrogen, astfel încât problemele de utilizare scăzută a catalizatorului, ridicate rezistența în ohm și transferul limitat de masă trebuie rezolvate în același timp.Construcția MEA comandată este de așteptat să reducă cinetica electrocatalitică, transferul de masă și pierderea ohmică în același timp, care este scopul cercetării pe pile de combustibil cu hidrogen, dar este destul de dificilă.

Având în vedere acest lucru, din perspectiva proiectării integrării structurale a MEA, echipa de cercetare științifică a propus în mod inovator să pregătească un nou tip de MEA ordonat cu matrice conică de gradient anodic și interfață tridimensională membrană/strat catalitic, folosind tehnologia nano-amprentă și statică. metodă.Matricea conică și structura stratului catalitic în gradient au crescut expunerea siturilor active;Gradientul și interfața tridimensională membrană/stratul catalitic îmbunătățesc rezistența de legătură a interfeței.Golurile dispuse vertical asigură un canal rapid pentru transmiterea gazului și a lichidului.Structura MEA poate reduce simultan pierderea de performanță cauzată de cinetica electrocatalitică, ohm și polarizarea transferului de masă.În comparație cu MEA convențional cu o încărcare Ir de 2 mg cm-2, structura ordonată a crescut aria activă electrochimică de 4,2 ori și a redus transferul de masă și suprapotențialul de polarizare ohmică cu 13,9% și, respectiv, 8,7%.Noul MEA comandat a arătat o performanță excelentă de 1,801V@2A cm-2 atunci când sarcina Ir a fost de până la 0,2 mg cm-2, ceea ce a fost comparabil cu structura tradițională MEA cu de zece ori sarcina Ir și a arătat o stabilitate bună.Acest studiu oferă o nouă strategie pentru dezvoltarea PEMWE cu performanță ridicată, sarcină scăzută de catalizator de metal nobil și viață lungă.