Kemajuan telah dibuat dalam kajian elektrolisis membran pertukaran proton untuk pengeluaran hidrogen daripada air

Satu pasukan yang diketuai oleh Yang Hui, seorang penyelidik di Shanghai Institute for Advanced Studies of the Chinese Academy of Sciences, telah membuat kemajuan penting dalam pengeluaran hidrogen oleh elektrolisis membran pertukaran proton.Reka bentuk keseluruhan anod dengan struktur tertib kecerunan dengan beban iridium rendah untuk membran pertukaran protonelektrolisis air, diterbitkan dalam Surat Nano.

Hidroelektrolisis membran pertukaran proton (PEMWE) adalah salah satu teknologi utama untuk pengeluaran hidrogen dengan pelepasan karbon sifar.Pada masa ini, jumlah Ir logam berharga yang tinggi di bahagian anod meningkatkan kos PEMWE dan menyekat proses pengkomersilannya.Penyediaan mangkin dengan aktiviti tinggi dan kandungan Ir yang rendah adalah kaedah biasa untuk mengurangkan jumlah Ir.Walau bagaimanapun, dalam penggunaan sebenar PEMWE, elektrod membran (MEA) perlu dikendalikan di bawah ketumpatan arus tinggi (â¥1-2 A cm-2) untuk memastikan pengeluaran hidrogen yang cekap, jadi masalah penggunaan mangkin rendah, tinggi rintangan ohm dan pemindahan jisim terhad perlu diselesaikan pada masa yang sama.Pembinaan MEA yang ditempah dijangka mengurangkan kinetik elektrokatalitik, pemindahan jisim dan kehilangan ohmik pada masa yang sama, yang merupakan matlamat penyelidikan sel bahan api hidrogen, tetapi ia agak mencabar.

Memandangkan perkara ini, dari perspektif reka bentuk penyepaduan struktur MEA, pasukan penyelidik saintifik secara inovatif mencadangkan untuk menyediakan jenis MEA baharu yang dipesan dengan tatasusunan kon kecerunan anod dan antara muka lapisan membran/pemangkin tiga dimensi dengan menggunakan teknologi cetakan nano dan statik. kaedah.Susunan kon dan struktur lapisan pemangkin kecerunan meningkatkan pendedahan tapak aktif;Antara muka lapisan membran/pemangkin kecerunan dan tiga dimensi meningkatkan kekuatan ikatan antara muka.Lompang yang disusun secara menegak menyediakan saluran yang pantas untuk penghantaran gas dan cecair.Struktur MEA secara serentak boleh mengurangkan kehilangan prestasi yang disebabkan oleh kinetik elektrokatalitik, ohm dan polarisasi pemindahan jisim.Berbanding dengan MEA konvensional dengan pemuatan Ir sebanyak 2 mg cm-2, struktur tersusun meningkatkan kawasan aktif elektrokimia sebanyak 4.2 kali ganda, dan mengurangkan pemindahan jisim dan polarisasi ohmik lebih potensi sebanyak 13.9 % dan 8.7 %, masing-masing.MEA pesanan baru menunjukkan prestasi cemerlang 1.801V@2A cm-2 apabila beban Ir adalah serendah 0.2 mg cm-2, yang setanding dengan struktur MEA tradisional dengan sepuluh kali beban Ir, dan menunjukkan kestabilan yang baik.Kajian ini menyediakan strategi baharu untuk pembangunan PEMWE dengan prestasi tinggi, beban mangkin logam mulia yang rendah dan jangka hayat yang panjang.