Se ha avanzado en el estudio de la electrólisis de membranas de intercambio de protones para la producción de hidrógeno a partir de agua

Un equipo dirigido por Yang Hui, investigador del Instituto de Estudios Avanzados de Shanghai de la Academia de Ciencias de China, ha logrado importantes avances en la producción de hidrógeno mediante electrólisis de membrana de intercambio de protones.El diseño general de ánodo con estructura ordenada por gradiente con baja carga de iridio para membrana de intercambio de protoneselectrólisis del agua, publicado en Nano Letters.

La hidroelectrólisis de membrana de intercambio de protones (PEMWE) es una de las tecnologías clave para la producción de hidrógeno con cero emisiones de carbono.En la actualidad, la gran cantidad de metal precioso Ir en el lado del ánodo aumenta considerablemente el costo de PEMWE y restringe su proceso de comercialización.La preparación de catalizadores con alta actividad y bajo contenido de Ir es un método común para reducir la cantidad de Ir.Sin embargo, en el uso real de PEMWE, el electrodo de membrana (MEA) debe funcionar con una alta densidad de corriente (â¥1-2 A cm-2) para garantizar una producción eficiente de hidrógeno, por lo que los problemas de baja utilización del catalizador, alta la resistencia de ohmios y la transferencia de masa limitada deben resolverse al mismo tiempo.Se espera que la construcción de MEA ordenada reduzca la cinética electrocatalítica, la transferencia de masa y la pérdida óhmica al mismo tiempo, que es el objetivo de la investigación de celdas de combustible de hidrógeno, pero es bastante desafiante.

En vista de esto, desde la perspectiva del diseño de integración estructural de MEA, el equipo de investigación científica propuso de manera innovadora preparar un nuevo tipo de MEA ordenado con una matriz cónica de gradiente de ánodo y una interfaz tridimensional de membrana/capa catalítica mediante el uso de tecnología de nanoimpresión y estática. método.La matriz cónica y la estructura de la capa catalítica de gradiente aumentaron la exposición de los sitios activos;La interfaz de capa catalítica/membrana tridimensional y degradada mejora la fuerza de unión de la interfaz.Los huecos dispuestos verticalmente proporcionan un canal rápido para la transmisión de gas y líquido.La estructura MEA puede reducir simultáneamente la pérdida de rendimiento causada por la cinética electrocatalítica, la polarización de transferencia de masa y ohmios.En comparación con el MEA convencional con una carga de Ir de 2 mg cm-2, la estructura ordenada aumentó el área activa electroquímica en 4,2 veces y redujo la transferencia de masa y el sobrepotencial de polarización óhmica en un 13,9 % y un 8,7 %, respectivamente.El nuevo MEA ordenado mostró un rendimiento excelente de 1.801V@2A cm-2 cuando la carga de Ir era tan baja como 0,2 mg cm-2, que era comparable a la estructura MEA tradicional con diez veces la carga de Ir, y mostró buena estabilidad.Este estudio proporciona una nueva estrategia para el desarrollo de PEMWE con alto rendimiento, baja carga de catalizador de metales nobles y larga vida útil.