Edusamme on tehtud prootonivahetusmembraani elektrolüüsi uurimisel vesiniku tootmiseks veest

Hiina Teaduste Akadeemia Shanghai täiustatud uuringute instituudi teaduri Yang Hui juhitud meeskond on teinud olulisi edusamme vesiniku tootmisel prootonivahetusmembraani elektrolüüsi teel.Gradiendiga järjestatud struktuuriga anoodi üldine konstruktsioon prootonivahetusmembraani madala iriidiumikoormusegavee elektrolüüs, avaldatud Nano Lettersis.

Prootonvahetusmembraani hüdroelektrolüüs (PEMWE) on üks peamisi süsinikuheiteta vesiniku tootmise tehnoloogiaid.Praegu suurendab väärismetalli Ir suur kogus anoodi poolel oluliselt PEMWE maksumust ja piirab selle turustamisprotsessi.Suure aktiivsusega ja madala Ir-sisaldusega katalüsaatori valmistamine on levinud meetod Ir koguse vähendamiseks.Kuid PEMWE tegeliku kasutamise korral tuleb membraanielektroodi (MEA) kasutada suure voolutihedusega (â¥1-2 A cm-2), et tagada tõhus vesiniku tootmine, nii et katalüsaatorite vähese kasutamise probleemid on kõrged. oomi takistus ja piiratud massiülekanne tuleb lahendada samal ajal.Eeldatakse, et tellitud MEA ehitamine vähendab samaaegselt elektrokatalüütilist kineetikat, massiülekannet ja oomikadu, mis on vesiniku kütuseelementide uuringute eesmärk, kuid see on üsna keeruline.

Seda silmas pidades tegi teaduslik uurimisrühm MEA struktuurse integratsiooni kavandamise seisukohast uuenduslikult ettepaneku valmistada nano-jäljendi tehnoloogiat ja staatilist kasutades uut tüüpi tellitud MEA anoodi gradiendi koonilise massiivi ja kolmemõõtmelise membraani/katalüütilise kihi liidesega. meetod.Kooniline massiiv ja gradientkatalüütilise kihi struktuur suurendasid aktiivsete saitide eksponeerimist;Gradient ja kolmemõõtmeline membraani/katalüütilise kihi liides suurendavad liidese sidumistugevust.Vertikaalselt paigutatud tühimikud tagavad kiire kanali gaasi ja vedeliku edastamiseks.MEA struktuur võib samaaegselt vähendada elektrokatalüütilise kineetika, oomi ja massiülekande polarisatsiooni põhjustatud jõudluse kadu.Võrreldes tavapärase MEA-ga, mille Ir-koormus oli 2 mg cm-2, suurendas järjestatud struktuur elektrokeemilist aktiivset pindala 4, 2 korda ning vähendas massiülekande ja oomilise polarisatsiooni ülepotentsiaali vastavalt 13, 9% ja 8, 7%.Uus tellitud MEA näitas suurepärast jõudlust 1,801V@2A cm-2, kui Ir-koormus oli nii madal kui 0,2 mg cm-2, mis oli võrreldav traditsioonilise MEA-struktuuriga kümnekordse Ir-koormusega ja näitas head stabiilsust.See uuring annab uue strateegia PEMWE arendamiseks suure jõudlusega, madala väärismetallkatalüsaatori koormuse ja pika elueaga.