Napredek je bil dosežen pri preučevanju elektrolize protonske izmenjevalne membrane za proizvodnjo vodika iz vode

Ekipa, ki jo vodi Yang Hui, raziskovalec na Šanghajskem inštitutu za napredne študije Kitajske akademije znanosti, je dosegla pomemben napredek pri proizvodnji vodika z elektrolizo protonske izmenjevalne membrane.Celotna zasnova anode z gradientno urejeno strukturo z nizko obremenitvijo iridija za protonsko izmenjevalno membranoelektroliza vode, objavljeno v Nano Letters.

Hidroelektroliza s protonsko izmenjevalno membrano (PEMWE) je ena ključnih tehnologij za proizvodnjo vodika z nič emisijami ogljika.Trenutno velika količina plemenite kovine Ir na strani anode močno poveča stroške PEMWE in omejuje postopek komercializacije.Priprava katalizatorja z visoko aktivnostjo in nizko vsebnostjo Ir je običajna metoda za zmanjšanje količine Ir.Vendar pa mora pri dejanski uporabi PEMWE membranska elektroda (MEA) delovati pri visoki gostoti toka (â¥1-2 A cm-2), da se zagotovi učinkovita proizvodnja vodika, zato težave z nizko porabo katalizatorja, visoko ohmski upor in omejen prenos mase je treba rešiti hkrati.Konstrukcija urejenega MEA naj bi hkrati zmanjšala elektrokatalitsko kinetiko, prenos mase in ohmske izgube, kar je cilj raziskav vodikovih gorivnih celic, a je precej zahtevno.

Glede na to je znanstvenoraziskovalna skupina z vidika zasnove strukturne integracije MEA inovativno predlagala pripravo novega tipa urejenega MEA s stožčastim nizom anodnega gradienta in tridimenzionalnim vmesnikom membrana/katalitična plast z uporabo tehnologije nano-odtisa in statične metoda.Stožčasti niz in struktura gradientne katalitične plasti sta povečala izpostavljenost aktivnih mest;Gradient in tridimenzionalni vmesnik membrana/katalitična plast povečata moč lepljenja vmesnika.Navpično razporejene praznine zagotavljajo hiter kanal za prenos plina in tekočine.Struktura MEA lahko hkrati zmanjša izgubo zmogljivosti, ki jo povzročajo elektrokatalitska kinetika, ohm in polarizacija prenosa mase.V primerjavi s konvencionalnim MEA z Ir obremenitvijo 2 mg cm-2 je urejena struktura povečala elektrokemično aktivno površino za 4,2-krat in zmanjšala prenos mase in ohmski polarizacijski prenapetost za 13,9 % oziroma 8,7 %.Novo naročeni MEA je pokazal odlično zmogljivost 1,801 V@2A cm-2, ko je bila obremenitev Ir le 0,2 mg cm-2, kar je bilo primerljivo s tradicionalno strukturo MEA z desetkratno obremenitvijo Ir, in je pokazala dobro stabilnost.Ta študija zagotavlja novo strategijo za razvoj PEMWE z visoko zmogljivostjo, nizko obremenitvijo katalizatorja iz plemenitih kovin in dolgo življenjsko dobo.