Постигнат е напредок во проучувањето на електролизата на мембрана за размена на протони за производство на водород од вода

Тимот предводен од Јанг Хуи, истражувач во Шангајскиот институт за напредни студии на Кинеската академија на науките, постигна важен напредок во производството на водород со електролиза на мембрана за размена на протони.Целокупниот дизајн на анода со градиент наредена структура со мало оптоварување на иридиум за мембрана за размена на протониелектролиза на вода, објавена во Nano Letters.

Хидроелектролизата на мембрана за размена на протони (PEMWE) е една од клучните технологии за производство на водород со нула емисија на јаглерод.Во моментов, големата количина на благороден метал Ир во анодната страна значително ја зголемува цената на PEMWE и го ограничува неговиот процес на комерцијализација.Подготовката на катализатор со висока активност и ниска содржина на Ir е вообичаен метод за намалување на количината на Ir.Меѓутоа, при вистинската употреба на PEMWE, мембранската електрода (MEA) треба да се ракува со висока густина на струја (â¥1-2 A cm-2) за да се обезбеди ефикасно производство на водород, така што проблемите со ниската употреба на катализаторот, висока Отпорот на ом и ограничен пренос на маса треба да се решат во исто време.Изградбата на нарачана МЕА се очекува да ја намали електрокаталитичката кинетика, преносот на маса и омските загуби во исто време, што е целта на истражувањето на водородните горивни ќелии, но тоа е прилично предизвик.

Со оглед на ова, од перспектива на дизајнот за структурна интеграција на МЕА, научно-истражувачкиот тим иновативно предложи да се подготви нов тип на нарачана МЕА со конусна низа со градиент на анодна и интерфејс со тридимензионална мембрана/каталитички слој со користење на нано-отпечаток технологија и статички метод.Конусната низа и градиентната структура на каталитичкиот слој ја зголемија изложеноста на активните места;Градиентниот и тродимензионалниот интерфејс на мембрана/каталитички слој ја подобруваат јачината на поврзувањето на интерфејсот.Вертикално поставените празнини обезбедуваат брз канал за пренос на гас и течност.Структурата MEA може истовремено да ја намали загубата на перформанси предизвикана од електрокаталитичката кинетика, омовите и поларизацијата на пренос на маса.Во споредба со конвенционалната МЕА со оптоварување со Ir од 2 mg cm-2, нарачаната структура ја зголеми електрохемиската активна површина за 4,2 пати и го намали преносот на масата и надпотенцијалот за омска поларизација за 13,9 % и 8,7 %, соодветно.Новата нарачана МЕА покажа одлични перформанси од 1,801V@2A cm-2 кога Ir оптоварувањето беше ниско од 0,2 mg cm-2, што беше споредливо со традиционалната MEA структура со десет пати поголемо Ir оптоварување и покажа добра стабилност.Оваа студија обезбедува нова стратегија за развој на PEMWE со високи перформанси, ниско оптоварување на катализаторот на благородни метали и долг животен век.