Padaryta pažanga tiriant protonų mainų membranos elektrolizę vandenilio gamybai iš vandens

Kinijos mokslų akademijos Šanchajaus pažangiųjų studijų instituto mokslininko Yang Hui vadovaujama komanda padarė didelę pažangą vandenilio gamyboje protonų mainų membranos elektrolizės būdu.Bendras anodo dizainas su gradientu sutvarkyta struktūra su maža iridžio apkrova protonų mainų membranaivandens elektrolizė, paskelbta Nano Letters.

Protonų mainų membranos hidroelektrolizė (PEMWE) yra viena iš pagrindinių vandenilio gamybos technologijų be anglies emisijos.Šiuo metu didelis tauriojo metalo Ir kiekis anodo pusėje labai padidina PEMWE kainą ir riboja jo komercializavimo procesą.Didelio aktyvumo ir mažo Ir kiekio katalizatoriaus paruošimas yra įprastas Ir kiekio mažinimo būdas.Tačiau faktiškai naudojant PEMWE, membraninis elektrodas (MEA) turi būti naudojamas esant dideliam srovės tankiui (â¥1-2 A cm-2), kad būtų užtikrinta efektyvi vandenilio gamyba, todėl mažo katalizatoriaus panaudojimo problemos Tuo pačiu metu reikia išspręsti atsparumą omams ir ribotą masės perdavimą.Tikimasi, kad užsakyto MEA konstrukcija sumažins elektrokatalitinę kinetiką, masės perdavimą ir ominius nuostolius, o tai yra vandenilio kuro elementų tyrimų tikslas, tačiau tai yra gana sudėtinga.

Atsižvelgdama į tai, MEA struktūrinės integracijos projektavimo požiūriu, mokslinių tyrimų grupė novatoriškai pasiūlė paruošti naujo tipo užsakytą MEA su anodo gradiento kūgine matrica ir trimate membranos/katalizinio sluoksnio sąsaja, naudojant nanoįspaudų technologiją ir statinį. metodas.Kūginė matrica ir gradiento katalizinio sluoksnio struktūra padidino aktyvių vietų apšvitą;Gradientas ir trimatė membranos / katalizinio sluoksnio sąsaja padidina sąsajos sukibimo stiprumą.Vertikaliai išdėstytos tuštumos užtikrina greitą dujų ir skysčių perdavimo kanalą.MEA struktūra vienu metu gali sumažinti našumo praradimą, kurį sukelia elektrokatalizinė kinetika, omų ir masės perdavimo poliarizacija.Palyginti su įprastu MEA, kurio Ir apkrova yra 2 mg cm-2, sutvarkyta struktūra padidino elektrocheminį aktyvųjį plotą 4, 2 karto, o masės perdavimo ir ominės poliarizacijos viršpotencialus atitinkamai sumažino 13, 9% ir 8, 7%.Naujas užsakytas MEA parodė puikų 1,801V@2A cm-2 našumą, kai Ir apkrova buvo tik 0,2 mg cm-2, o tai buvo panaši į tradicinę MEA struktūrą, kurios Ir apkrova buvo dešimt kartų didesnė, ir parodė gerą stabilumą.Šiame tyrime pateikiama nauja PEMWE kūrimo strategija, pasižyminti dideliu našumu, maža tauriųjų metalų katalizatoriaus apkrova ir ilgaamžiškumu.