Достигнут прогресс в изучении электролиза протонообменной мембраны для получения водорода из воды.

Группа под руководством Ян Хуэя, исследователя из Шанхайского института перспективных исследований Китайской академии наук, добилась значительного прогресса в производстве водорода с помощью электролиза с протонообменной мембраной.Общая конструкция анода с градиентно-упорядоченной структурой с низким содержанием иридия для протонообменной мембраныэлектролиз воды, опубликованный в Nano Letters.

Гидроэлектролиз с протонообменной мембраной (PEMWE) — одна из ключевых технологий производства водорода с нулевым выбросом углерода.В настоящее время большое количество драгоценного металла Ir в анодной части значительно увеличивает стоимость PEMWE и ограничивает процесс его коммерциализации.Приготовление катализатора с высокой активностью и низким содержанием Ir является распространенным методом снижения количества Ir.Однако при фактическом использовании PEMWE мембранный электрод (МЭА) должен работать при высокой плотности тока (≥1-2 А см-2), чтобы обеспечить эффективное производство водорода, поэтому проблемы низкого использования катализатора, высокой Сопротивление Ом и ограниченный перенос массы должны быть решены одновременно.Ожидается, что конструкция упорядоченного МЭБ одновременно уменьшит электрокаталитическую кинетику, массоперенос и омические потери, что является целью исследований водородных топливных элементов, но это довольно сложно.

Ввиду этого, с точки зрения конструкции структурной интеграции МЭБ, научно-исследовательская группа новаторски предложила подготовить новый тип упорядоченного МЭБ с анодным градиентным коническим массивом и трехмерным интерфейсом мембраны/каталитического слоя с использованием технологии наноимпринта и статического метод.Коническая решетка и структура градиентного каталитического слоя увеличили воздействие на активные центры;Градиент и трехмерная поверхность раздела мембрана/каталитический слой повышают прочность сцепления на границе раздела.Вертикально расположенные пустоты обеспечивают быстрый канал для передачи газа и жидкости.Структура МЭА может одновременно снизить потери производительности, вызванные электрокаталитической кинетикой, сопротивлением и поляризацией массопереноса.По сравнению с традиционным МЭБ с загрузкой Ir 2 мг см-2 упорядоченная структура увеличивает электрохимическую активную площадь в 4,2 раза, снижает массоперенос и омическое поляризационное перенапряжение на 13,9 % и 8,7 % соответственно.Новый заказанный МЭБ продемонстрировал превосходные характеристики 1,801 В при 2 А см-2 при нагрузке Ir всего 0,2 мг см-2, что было сравнимо с традиционной структурой МЭБ с десятикратной нагрузкой Ir, и показал хорошую стабильность.Это исследование представляет собой новую стратегию разработки PEMWE с высокой производительностью, низкой загрузкой катализатора из благородных металлов и длительным сроком службы.