Det er gjort fremskritt i studiet av protonutvekslingsmembranelektrolyse for hydrogenproduksjon fra vann

Et team ledet av Yang Hui, en forsker ved Shanghai Institute for Advanced Studies ved det kinesiske vitenskapsakademiet, har gjort viktige fremskritt i hydrogenproduksjon ved protonutvekslingsmembranelektrolyse.Den overordnede utformingen av anode med gradientordnet struktur med lav iridiumbelastning for protonutvekslingsmembranvannelektrolyse, publisert i Nano Letters.

Proton exchange membrane hydroelectrolyse (PEMWE) er en av nøkkelteknologiene for hydrogenproduksjon med null karbonutslipp.For tiden øker den høye mengden edelt metall Ir på anodesiden kostnadene for PEMWE og begrenser kommersialiseringsprosessen.Fremstilling av katalysator med høy aktivitet og lavt Ir-innhold er en vanlig metode for å redusere mengden av Ir.Men i den faktiske bruken av PEMWE, må membranelektroden (MEA) opereres under høy strømtetthet (⥠1-2 A cm-2) for å sikre effektiv hydrogenproduksjon, så problemene med lav katalysatorutnyttelse, høy ohm motstand og begrenset masseoverføring må løses samtidig.Konstruksjonen av bestilt MEA forventes å redusere elektrokatalytisk kinetikk, masseoverføring og ohmsk tap på samme tid, som er målet for forskning på hydrogenbrenselceller, men det er ganske utfordrende.

I lys av dette, fra perspektivet til MEA-strukturell integrasjonsdesign, foreslo det vitenskapelige forskerteamet innovativt å utarbeide en ny type bestilt MEA med anodegradient konisk array og tredimensjonalt membran/katalytisk lag-grensesnitt ved å bruke nano-imprint-teknologi og statisk metode.Konisk array og gradient katalytisk lagstruktur økte eksponeringen av aktive steder;Gradient og tredimensjonal membran/katalytisk lag-grensesnitt forbedrer grensesnittets bindingsstyrke.Vertikalt anordnede hulrom gir en rask kanal for gass- og væskeoverføring.MEA-strukturen kan samtidig redusere ytelsestapet forårsaket av elektrokatalytisk kinetikk, ohm og masseoverføringspolarisering.Sammenlignet med konvensjonell MEA med en Ir-belastning på 2 mg cm-2, økte den ordnede strukturen det elektrokjemiske aktive området med 4,2 ganger, og reduserte masseoverføringen og ohmsk polarisasjonsoverpotensial med henholdsvis 13,9 % og 8,7 %.Den nye bestilte MEA viste utmerket ytelse på 1,801V@2A cm-2 når Ir-belastningen var så lav som 0,2 mg cm-2, som var sammenlignbar med den tradisjonelle MEA-strukturen med ti ganger Ir-belastningen, og viste god stabilitet.Denne studien gir en ny strategi for utvikling av PEMWE med høy ytelse, lav edelmetallkatalysatorbelastning og lang levetid.