Ang pag-unlad ay ginawa sa pag-aaral ng proton exchange membrane electrolysis para sa produksyon ng hydrogen mula sa tubig

Ang isang pangkat na pinamumunuan ni Yang Hui, isang mananaliksik sa Shanghai Institute for Advanced Studies ng Chinese Academy of Sciences, ay gumawa ng mahalagang pag-unlad sa produksyon ng hydrogen sa pamamagitan ng proton exchange membrane electrolysis.Ang Pangkalahatang disenyo ng anode na may gradient ordered structure na may mababang iridium loading para sa proton exchange membranewater electrolysis, na inilathala sa Nano Letters.

Ang Proton exchange membrane hydroelectrolysis (PEMWE) ay isa sa mga pangunahing teknolohiya para sa produksyon ng hydrogen na may zero carbon emission.Sa kasalukuyan, ang mataas na halaga ng mahalagang metal Ir sa bahagi ng anode ay lubos na nagpapataas sa halaga ng PEMWE at naghihigpit sa proseso ng komersyalisasyon nito.Ang paghahanda ng katalista na may mataas na aktibidad at mababang nilalaman ng Ir ay isang karaniwang paraan upang mabawasan ang dami ng Ir.Gayunpaman, sa aktwal na paggamit ng PEMWE, ang membrane electrode (MEA) ay kailangang patakbuhin sa ilalim ng mataas na kasalukuyang density (â¥1-2 A cm-2) upang matiyak ang mahusay na produksyon ng hydrogen, kaya ang mga problema ng mababang paggamit ng katalista, mataas. Ang resistensya ng ohm at limitadong paglipat ng masa ay kailangang lutasin sa parehong oras.Ang pagtatayo ng iniutos na MEA ay inaasahang bawasan ang electrocatalytic kinetics, mass transfer at ohmic loss sa parehong oras, na siyang layunin ng pagsasaliksik ng hydrogen fuel cell, ngunit ito ay medyo mahirap.

Dahil dito, mula sa pananaw ng disenyo ng pagsasama-sama ng istruktura ng MEA, makabagong iminungkahi ng pangkat ng siyentipikong pananaliksik na maghanda ng bagong uri ng order na MEA na may anode gradient conical array at three-dimensional membrane/catalytic layer interface sa pamamagitan ng paggamit ng nano-imprint na teknolohiya at static. paraan.Ang conical array at gradient catalytic layer structure ay nadagdagan ang exposure ng mga aktibong site;Ang gradient at three-dimensional na interface ng lamad/catalytic layer ay nagpapahusay sa lakas ng pagbubuklod ng interface.Ang mga void na nakaayos nang patayo ay nagbibigay ng mabilis na channel para sa paghahatid ng gas at likido.Ang istraktura ng MEA ay maaaring sabay na mabawasan ang pagkawala ng pagganap na dulot ng electrocatalytic kinetics, ohm at mass transfer polarization.Kung ikukumpara sa conventional MEA na may Ir loading na 2 mg cm-2, pinataas ng ordered structure ang electrochemical active area ng 4.2 beses, at binawasan ang mass transfer at ohmic polarization overpotential ng 13.9% at 8.7%, ayon sa pagkakabanggit.Ang bagong order na MEA ay nagpakita ng mahusay na pagganap ng 1.801V@2A cm-2 kapag ang Ir load ay kasing baba ng 0.2 mg cm-2, na maihahambing sa tradisyunal na istraktura ng MEA na may sampung beses ang Ir load, at nagpakita ng magandang katatagan.Ang pag-aaral na ito ay nagbibigay ng bagong diskarte para sa pagbuo ng PEMWE na may mataas na pagganap, mababang noble metal catalyst load at mahabang buhay.