Έχει σημειωθεί πρόοδος στη μελέτη της ηλεκτρόλυσης μεμβράνης ανταλλαγής πρωτονίων για παραγωγή υδρογόνου από νερό

Μια ομάδα με επικεφαλής τον Yang Hui, ερευνητή στο Ινστιτούτο Προηγμένων Μελετών της Σαγκάης της Κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών, έχει σημειώσει σημαντική πρόοδο στην παραγωγή υδρογόνου μέσω ηλεκτρόλυσης μεμβράνης ανταλλαγής πρωτονίων.Ο συνολικός σχεδιασμός ανόδου με βαθμιδωτή δομή με χαμηλή φόρτιση ιριδίου για μεμβράνη ανταλλαγής πρωτονίωνηλεκτρόλυση νερού, που δημοσιεύτηκε στο Nano Letters.

Η υδροηλεκτρόλυση με μεμβράνη ανταλλαγής πρωτονίων (PEMWE) είναι μια από τις βασικές τεχνολογίες για την παραγωγή υδρογόνου με μηδενικές εκπομπές άνθρακα.Επί του παρόντος, η υψηλή ποσότητα πολύτιμου μετάλλου Ir στην πλευρά της ανόδου αυξάνει σημαντικά το κόστος του PEMWE και περιορίζει τη διαδικασία εμπορευματοποίησής του.Η παρασκευή καταλύτη με υψηλή δραστικότητα και χαμηλή περιεκτικότητα σε Ir είναι μια κοινή μέθοδος για τη μείωση της ποσότητας Ir.Ωστόσο, στην πραγματική χρήση του PEMWE, το ηλεκτρόδιο μεμβράνης (MEA) πρέπει να λειτουργεί υπό υψηλή πυκνότητα ρεύματος (â¥1-2 A cm-2) για να διασφαλιστεί η αποτελεσματική παραγωγή υδρογόνου, επομένως τα προβλήματα χαμηλής χρήσης καταλύτη, υψηλή Η αντίσταση ωμ και η περιορισμένη μεταφορά μάζας πρέπει να επιλυθούν ταυτόχρονα.Η κατασκευή του παραγγελθέντος ΜΕΑ αναμένεται να μειώσει την ηλεκτροκαταλυτική κινητική, τη μεταφορά μάζας και την ωμική απώλεια ταυτόχρονα, κάτι που είναι ο στόχος της έρευνας κυψελών καυσίμου υδρογόνου, αλλά είναι αρκετά προκλητικό.

Ενόψει αυτού, από την άποψη του σχεδιασμού δομικής ολοκλήρωσης MEA, η επιστημονική ερευνητική ομάδα πρότεινε καινοτόμα την προετοιμασία ενός νέου τύπου παραγγελθέντος ΜΕΑ με κωνική διάταξη βαθμίδωσης ανόδου και τρισδιάστατη διασύνδεση μεμβράνης/καταλυτικής στρώσης χρησιμοποιώντας τεχνολογία νανο-αποτύπωσης και στατική μέθοδος.Η κωνική διάταξη και η δομή του καταλυτικού στρώματος με κλίση αύξησαν την έκθεση των ενεργών θέσεων.Η διαβάθμιση και η τρισδιάστατη διασύνδεση μεμβράνης/καταλυτικού στρώματος ενισχύουν την αντοχή σύνδεσης της διεπαφής.Τα κάθετα διατεταγμένα κενά παρέχουν ένα γρήγορο κανάλι για τη μετάδοση αερίου και υγρού.Η δομή ΜΕΑ μπορεί ταυτόχρονα να μειώσει την απώλεια απόδοσης που προκαλείται από την ηλεκτροκαταλυτική κινητική, το ωμ και την πόλωση μεταφοράς μάζας.Σε σύγκριση με το συμβατικό ΜΕΑ με φόρτιση Ir 2 mg cm-2, η διατεταγμένη δομή αύξησε την ηλεκτροχημική ενεργή περιοχή κατά 4,2 φορές και μείωσε τη μεταφορά μάζας και το υπερδυναμικό ωμικής πόλωσης κατά 13,9 % και 8,7 %, αντίστοιχα.Η νέα παραγγελία MEA έδειξε εξαιρετική απόδοση 1,801V@2A cm-2 όταν το φορτίο Ir ήταν τόσο χαμηλό όσο 0,2 mg cm-2, το οποίο ήταν συγκρίσιμο με την παραδοσιακή δομή ΜΕΑ με δεκαπλάσιο φορτίο Ir και έδειξε καλή σταθερότητα.Αυτή η μελέτη παρέχει μια νέα στρατηγική για την ανάπτυξη του PEMWE με υψηλή απόδοση, χαμηλό φορτίο καταλύτη ευγενών μετάλλων και μεγάλη διάρκεια ζωής.