پیشرفت در مطالعه الکترولیز غشای تبادل پروتون برای تولید هیدروژن از آب صورت گرفته است

تیمی به سرپرستی یانگ هوی، محقق موسسه مطالعات پیشرفته شانگهای آکادمی علوم چین، پیشرفت مهمی در تولید هیدروژن از طریق الکترولیز غشای تبادل پروتون داشته است.طراحی کلی آند با ساختار مرتب شده گرادیان با بارگذاری کم ایریدیوم برای غشای تبادل پروتونالکترولیز آب، منتشر شده در Nano Letters.

هیدروالکترولیز غشای تبادل پروتون (PEMWE) یکی از فناوری‌های کلیدی برای تولید هیدروژن با انتشار کربن صفر است.در حال حاضر، مقدار بالای فلز گرانبها آهن در سمت آند، هزینه PEMWE را به شدت افزایش می دهد و روند تجاری سازی آن را محدود می کند.تهیه کاتالیزور با فعالیت بالا و محتوای Ir کم روشی رایج برای کاهش مقدار Ir است.با این حال، در استفاده واقعی از PEMWE، الکترود غشایی (MEA) باید تحت چگالی جریان بالا (¥1-2 A cm-2) کار کند تا از تولید هیدروژن کارآمد اطمینان حاصل شود، بنابراین مشکلات استفاده کم کاتالیزور، بالا مقاومت اهم و انتقال جرم محدود باید همزمان حل شوند.انتظار می رود ساخت MEA سفارش داده شده همزمان سینتیک الکتروکاتالیستی، انتقال جرم و تلفات اهمی را کاهش دهد، که هدف تحقیقات پیل سوختی هیدروژنی است، اما کاملاً چالش برانگیز است.

با توجه به این موضوع، از منظر طراحی یکپارچه سازی ساختاری MEA، تیم تحقیقاتی علمی به صورت ابتکاری پیشنهاد تهیه نوع جدیدی از MEA سفارشی با آرایه مخروطی گرادیان آند و رابط لایه سه بعدی غشاء/لایه کاتالیزوری را با استفاده از فناوری نانو چاپ و استاتیک ارائه کردند. روش.آرایه مخروطی و ساختار لایه کاتالیزوری گرادیان، قرار گرفتن در معرض سایت های فعال را افزایش داد.گرادیان و رابط سه بعدی غشاء/لایه کاتالیزوری استحکام پیوند رابط را افزایش می دهد.فضاهای خالی با چیدمان عمودی یک کانال سریع برای انتقال گاز و مایع فراهم می کنند.ساختار MEA می تواند به طور همزمان کاهش عملکرد ناشی از سینتیک الکتروکاتالیستی، اهم و قطبش انتقال جرم را کاهش دهد.در مقایسه با MEA معمولی با بارگذاری Ir 2 میلی‌گرم در سانتی‌متر مربع، ساختار سفارش‌داده شده ناحیه فعال الکتروشیمیایی را 4.2 برابر افزایش داد و انتقال جرم و مازاد پتانسیل قطبش اهمی را به ترتیب 13.9 و 8.7 درصد کاهش داد.MEA سفارش داده شده جدید عملکرد عالی 1.801V@2A cm-2 را نشان داد که بار Ir به اندازه 0.2 میلی گرم در سانتی متر مربع بود که با ساختار سنتی MEA با ده برابر بار Ir قابل مقایسه بود و پایداری خوبی را نشان داد.این مطالعه یک استراتژی جدید برای توسعه PEMWE با عملکرد بالا، بار کاتالیست فلز نجیب کم و عمر طولانی ارائه می‌کند.