Des progrès ont été réalisés dans l'étude de l'électrolyse à membrane échangeuse de protons pour la production d'hydrogène à partir de l'eau

Une équipe dirigée par Yang Hui, chercheur à l'Institut d'études avancées de Shanghai de l'Académie chinoise des sciences, a réalisé d'importants progrès dans la production d'hydrogène par électrolyse à membrane échangeuse de protons.La conception globale de l'anode avec une structure ordonnée à gradient avec une faible charge en iridium pour la membrane échangeuse de protonsélectrolyse de l'eau, publié dans Nano Letters.

L'hydroélectrolyse à membrane échangeuse de protons (PEMWE) est l'une des technologies clés pour la production d'hydrogène sans émission de carbone.À l'heure actuelle, la quantité élevée de métal précieux Ir côté anode augmente considérablement le coût du PEMWE et limite son processus de commercialisation.La préparation d'un catalyseur à haute activité et à faible teneur en Ir est une méthode courante pour réduire la quantité d'Ir.Cependant, dans l'utilisation réelle de PEMWE, l'électrode à membrane (MEA) doit fonctionner sous une densité de courant élevée (â¥1-2 A cm-2) pour assurer une production efficace d'hydrogène, de sorte que les problèmes de faible utilisation du catalyseur, de haute la résistance ohmique et le transfert de masse limité doivent être résolus en même temps.La construction de MEA ordonnée devrait réduire la cinétique électrocatalytique, le transfert de masse et la perte ohmique en même temps, ce qui est l'objectif de la recherche sur les piles à combustible à hydrogène, mais c'est assez difficile.

Compte tenu de cela, du point de vue de la conception de l'intégration structurelle MEA, l'équipe de recherche scientifique a proposé de manière innovante de préparer un nouveau type de MEA ordonné avec un réseau conique à gradient d'anode et une interface membrane / couche catalytique tridimensionnelle en utilisant la technologie de nano-impression et statique méthode.Le réseau conique et la structure de la couche catalytique à gradient ont augmenté l'exposition des sites actifs ;L'interface membrane/couche catalytique dégradée et tridimensionnelle améliore la force de liaison de l'interface.Les vides disposés verticalement fournissent un canal rapide pour la transmission de gaz et de liquide.La structure MEA peut simultanément réduire la perte de performance causée par la cinétique électrocatalytique, la polarisation de transfert d'ohm et de masse.Par rapport au MEA conventionnel avec une charge Ir de 2 mg cm-2, la structure ordonnée a augmenté la surface électrochimique active de 4,2 fois et réduit le transfert de masse et la surtension de polarisation ohmique de 13,9 % et 8,7 %, respectivement.Le nouveau MEA commandé a montré d'excellentes performances de 1,801V@2A cm-2 lorsque la charge Ir était aussi faible que 0,2 mg cm-2, ce qui était comparable à la structure MEA traditionnelle avec dix fois la charge Ir, et a montré une bonne stabilité.Cette étude fournit une nouvelle stratégie pour le développement de PEMWE avec une haute performance, une faible charge de catalyseur en métal noble et une longue durée de vie.