Protoninvaihtokalvoelektrolyysin tutkimuksessa vedyn tuottamiseksi vedestä on edistytty

Kiinan tiedeakatemian Shanghai Institute for Advanced Studiesin tutkijan Yang Huin johtama ryhmä on edistynyt merkittävästi vedyn tuotannossa protoninvaihtokalvoelektrolyysillä.Gradienttijärjestetyn anodin kokonaisrakenne, jossa on alhainen iridiumkuormitus protoninvaihtokalvollevesielektrolyysi, julkaistu Nano Lettersissä.

Protoninvaihtokalvohydroelektrolyysi (PEMWE) on yksi avainteknologioista vedyn tuotannossa ilman hiilidioksidipäästöjä.Tällä hetkellä suuri määrä jalometallia Ir anodipuolella nostaa huomattavasti PEMWE:n kustannuksia ja rajoittaa sen kaupallistamisprosessia.Korkean aktiivisuuden ja alhaisen Ir-pitoisuuden omaavan katalyytin valmistus on yleinen menetelmä Ir-määrän vähentämiseksi.PEMWE:n varsinaisessa käytössä kalvoelektrodia (MEA) on kuitenkin käytettävä suurella virrantiheydellä (â¥1-2 A cm-2) tehokkaan vedyn tuotannon varmistamiseksi, joten katalyytin alhaisen käytön ongelmat ovat korkeat. ohmin vastus ja rajoitettu massansiirto on ratkaistava samanaikaisesti.Tilatun MEA:n rakentamisen odotetaan vähentävän samanaikaisesti sähkökatalyyttistä kinetiikkaa, massansiirtoa ja ohmista häviötä, mikä on vetypolttokennotutkimuksen tavoite, mutta se on melko haastavaa.

Tätä silmällä pitäen tieteellinen tutkimusryhmä ehdotti MEA:n rakenteellisen integraation näkökulmasta innovatiivisesti uudentyyppisen tilatun MEA:n valmistamista, jossa on anodigradienttikartiomainen ryhmä ja kolmiulotteinen kalvo/katalyyttisen kerroksen rajapinta käyttämällä nano-printtitekniikkaa ja staattista sähköä. menetelmä.Kartiomainen ryhmä ja gradienttikatalyyttinen kerrosrakenne lisäsivät aktiivisten kohtien altistumista;Gradientti ja kolmiulotteinen kalvo/katalyyttisen kerroksen rajapinta parantavat rajapinnan sidoslujuutta.Pystysuoraan järjestetyt ontelot tarjoavat nopean kanavan kaasun ja nesteen siirtoon.MEA-rakenne voi samanaikaisesti vähentää sähkökatalyyttisen kinetiikan, ohmin ja massansiirron polarisaation aiheuttamaa suorituskyvyn menetystä.Verrattuna tavanomaiseen MEA:han, jonka Ir-kuorma oli 2 mg cm-2, järjestetty rakenne lisäsi sähkökemiallisesti aktiivista pinta-alaa 4,2-kertaiseksi ja vähensi massansiirtoa ja ohmisen polarisaatioylipotentiaalia 13,9 % ja 8,7 %, vastaavasti.Uusi tilattu MEA osoitti erinomaista suorituskykyä 1,801V@2A cm-2, kun Ir-kuorma oli niinkin alhainen kuin 0,2 mg cm-2, mikä oli verrattavissa perinteiseen MEA-rakenteeseen, jossa on kymmenen kertaa Ir-kuorma, ja osoitti hyvää stabiilisuutta.Tämä tutkimus tarjoaa uuden strategian PEMWE:n kehittämiseen, jolla on korkea suorituskyky, alhainen jalometallikatalyyttikuorma ja pitkä käyttöikä.