Progressos foram feitos no estudo da eletrólise da membrana de troca de prótons para a produção de hidrogênio a partir da água

Uma equipe liderada por Yang Hui, pesquisador do Instituto de Estudos Avançados de Xangai da Academia Chinesa de Ciências, fez progressos importantes na produção de hidrogênio por eletrólise de membrana de troca de prótons.O design geral do ânodo com estrutura ordenada por gradiente com baixo carregamento de irídio para membrana de troca de prótonseletrólise da água, publicado na Nano Letters.

A hidroeletrólise por membrana de troca de prótons (PEMWE) é uma das principais tecnologias para a produção de hidrogênio com emissão zero de carbono.Atualmente, a alta quantidade de metal precioso Ir no lado do ânodo aumenta muito o custo do PEMWE e restringe seu processo de comercialização.A preparação de catalisador com alta atividade e baixo teor de Ir é um método comum para reduzir a quantidade de Ir.No entanto, no uso real do PEMWE, o eletrodo de membrana (MEA) precisa ser operado sob alta densidade de corrente (¥ 1-2 A cm-2) para garantir a produção eficiente de hidrogênio, portanto, os problemas de baixa utilização de catalisador, alta a resistência ohm e a transferência de massa limitada precisam ser resolvidas ao mesmo tempo.Espera-se que a construção do MEA ordenado reduza a cinética eletrocatalítica, a transferência de massa e a perda ôhmica ao mesmo tempo, que é o objetivo da pesquisa de células de combustível de hidrogênio, mas é bastante desafiadora.

Em vista disso, da perspectiva do projeto de integração estrutural do MEA, a equipe de pesquisa científica propôs de forma inovadora preparar um novo tipo de MEA ordenado com matriz cônica de gradiente anódico e membrana tridimensional/interface de camada catalítica usando tecnologia de nano-impressão e interface estática método.A matriz cônica e a estrutura da camada catalítica gradiente aumentaram a exposição dos sítios ativos;O gradiente e a interface tridimensional membrana/camada catalítica aumentam a força de ligação da interface.Vazios dispostos verticalmente fornecem um canal rápido para a transmissão de gás e líquido.A estrutura MEA pode reduzir simultaneamente a perda de desempenho causada pela cinética eletrocatalítica, ohm e polarização de transferência de massa.Comparado com o MEA convencional com uma carga de Ir de 2 mg cm-2, a estrutura ordenada aumentou a área eletroquímica ativa em 4,2 vezes e reduziu a transferência de massa e o sobrepotencial de polarização ôhmica em 13,9% e 8,7%, respectivamente.O novo MEA ordenado apresentou excelente desempenho de 1,801V@2A cm-2 quando a carga de Ir era tão baixa quanto 0,2 mg cm-2, o que era comparável à estrutura MEA tradicional com dez vezes a carga de Ir, e mostrou boa estabilidade.Este estudo fornece uma nova estratégia para o desenvolvimento de PEMWE com alto desempenho, baixa carga de catalisador de metal nobre e longa vida útil.