Der er gjort fremskridt i undersøgelsen af ​​protonudvekslingsmembranelektrolyse til brintproduktion fra vand

Et hold ledet af Yang Hui, en forsker ved Shanghai Institute for Advanced Studies of the Chinese Academy of Sciences, har gjort vigtige fremskridt inden for brintproduktion ved protonudvekslingsmembranelektrolyse.Det overordnede design af anode med gradientordnet struktur med lav iridiumbelastning til protonudvekslingsmembranvandelektrolyse, offentliggjort i Nano Letters.

Protonudvekslingsmembranhydroelektrolyse (PEMWE) er en af ​​nøgleteknologierne til brintproduktion uden kulstofemission.På nuværende tidspunkt øger den høje mængde ædelmetal Ir på anodesiden i høj grad omkostningerne ved PEMWE og begrænser dets kommercialiseringsproces.Fremstilling af katalysator med høj aktivitet og lavt Ir-indhold er en almindelig metode til at reducere mængden af ​​Ir.Men i den faktiske brug af PEMWE skal membranelektroden (MEA) betjenes under høj strømtæthed (⥠1-2 A cm-2) for at sikre effektiv brintproduktion, så problemerne med lav katalysatorudnyttelse er høj ohm modstand og begrænset masseoverførsel skal løses på samme tid.Konstruktionen af ​​bestilt MEA forventes at reducere elektrokatalytisk kinetik, masseoverførsel og ohmsk tab på samme tid, hvilket er målet for brintbrændselscelleforskning, men det er ret udfordrende.

I lyset af dette, fra perspektivet af MEA strukturelt integrationsdesign, foreslog det videnskabelige forskerhold innovativt at forberede en ny type bestilt MEA med anodegradient konisk array og tredimensionel membran/katalytisk lag-grænseflade ved at bruge nano-imprint-teknologi og statisk metode.Konisk array og gradient katalytisk lagstruktur øgede eksponeringen af ​​aktive steder;Gradient og tredimensionel membran/katalytisk lag-grænseflade forbedrer grænsefladebindingsstyrken.Lodret arrangerede hulrum giver en hurtig kanal til gas- og væsketransmission.MEA-strukturen kan samtidigt reducere ydeevnetabet forårsaget af elektrokatalytisk kinetik, ohm og masseoverførselspolarisering.Sammenlignet med den konventionelle MEA med en Ir-belastning på 2 mg cm-2 øgede den ordnede struktur det elektrokemiske aktive areal med 4,2 gange og reducerede masseoverførsel og ohmsk polarisationsoverpotentiale med henholdsvis 13,9 % og 8,7 %.Den nye bestilte MEA viste fremragende ydeevne på 1,801V@2A cm-2, når Ir-belastningen var så lav som 0,2 mg cm-2, hvilket var sammenlignelig med den traditionelle MEA-struktur med ti gange Ir-belastningen, og viste god stabilitet.Denne undersøgelse giver en ny strategi for udviklingen af ​​PEMWE med høj ydeevne, lav ædelmetalkatalysatorbelastning og lang levetid.