Đã có tiến bộ trong nghiên cứu điện phân màng trao đổi proton để sản xuất hydro từ nước

Một nhóm nghiên cứu do Yang Hui, nhà nghiên cứu tại Viện Nghiên cứu Cao cấp Thượng Hải, Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, dẫn đầu, đã đạt được tiến bộ quan trọng trong sản xuất hydro bằng điện phân màng trao đổi proton.Thiết kế tổng thể của anode với cấu trúc theo thứ tự gradient tải iridi thấp cho màng trao đổi protonđiện phân nước, đăng trên tạp chí Nano Letters.

Công nghệ thủy phân màng trao đổi proton (PEMWE) là một trong những công nghệ chính để sản xuất hydro với lượng khí thải carbon bằng không.Hiện tại, hàm lượng cao kim loại quý Ir ở phía cực dương làm tăng đáng kể giá thành của PEMWE và hạn chế quá trình thương mại hóa của nó.Điều chế xúc tác có hoạt độ cao và hàm lượng Ir thấp là phương pháp phổ biến để giảm lượng Ir.Tuy nhiên, trong thực tế sử dụng PEMWE, điện cực màng (MEA) cần được vận hành với mật độ dòng điện cao (â¥1-2 A cm-2) để đảm bảo sản xuất hydro hiệu quả, do đó vấn đề sử dụng chất xúc tác thấp, cao điện trở ohm và chuyển khối lượng hạn chế cần được giải quyết cùng một lúc.Việc xây dựng MEA theo đơn đặt hàng dự kiến ​​sẽ đồng thời giảm động học xúc tác điện, chuyển khối lượng và tổn thất điện trở, đây là mục tiêu của nghiên cứu pin nhiên liệu hydro, nhưng nó khá khó khăn.

Theo quan điểm này, từ góc độ thiết kế tích hợp cấu trúc MEA, nhóm nghiên cứu khoa học đã đề xuất một cách sáng tạo để chuẩn bị một loại MEA được sắp xếp theo thứ tự mới với mảng hình nón gradient cực dương và giao diện lớp xúc tác/màng ba chiều bằng cách sử dụng công nghệ dấu ấn nano và tĩnh. phương pháp.Mảng hình nón và cấu trúc lớp xúc tác gradient làm tăng khả năng tiếp xúc của các vị trí hoạt động;Giao diện lớp xúc tác/màng ba chiều và lớp chuyển màu tăng cường độ bền liên kết của giao diện.Các khoảng trống được sắp xếp theo chiều dọc cung cấp một kênh nhanh để truyền khí và chất lỏng.Cấu trúc MEA có thể đồng thời giảm tổn thất hiệu suất do động học xúc tác điện, ohm và phân cực truyền khối.So với MEA thông thường có tải lượng Ir là ​​2 mg cm-2, cấu trúc có trật tự đã tăng diện tích hoạt động điện hóa lên 4,2 lần và giảm quá điện thế quá mức truyền khối và phân cực ôm-mic lần lượt là 13,9 % và 8,7 %.MEA mới được đặt hàng đã cho thấy hiệu suất tuyệt vời 1,801V@2A cm-2 khi tải Ir thấp tới 0,2 mg cm-2, tương đương với cấu trúc MEA truyền thống với tải Ir gấp mười lần và cho thấy độ ổn định tốt.Nghiên cứu này cung cấp một chiến lược mới để phát triển PEMWE với hiệu suất cao, lượng chất xúc tác kim loại quý thấp và tuổi thọ cao.