تم إحراز تقدم في دراسة التحليل الكهربائي لغشاء تبادل البروتون لإنتاج الهيدروجين من الماء

حقق فريق بقيادة يانغ هوي ، الباحث في معهد شنغهاي للدراسات المتقدمة التابع للأكاديمية الصينية للعلوم ، تقدمًا مهمًا في إنتاج الهيدروجين عن طريق التحليل الكهربائي لغشاء تبادل البروتون.التصميم العام للأنود مع هيكل متدرج منظم مع تحميل منخفض من الإيريديوم لغشاء تبادل البروتونالتحليل الكهربائي للماء ، نُشر في Nano Letters.

يعد التحليل الكهرمائي لغشاء التبادل البروتوني (PEMWE) أحد التقنيات الرئيسية لإنتاج الهيدروجين مع انبعاثات كربونية صفرية.في الوقت الحاضر ، فإن الكمية الكبيرة من المعادن الثمينة Ir في جانب الأنود تزيد بشكل كبير من تكلفة PEMWE وتحد من عملية تسويقها.يعد تحضير محفز ذو نشاط عالٍ ومحتوى منخفض من الأشعة تحت الحمراء طريقة شائعة لتقليل كمية Ir.ومع ذلك ، في الاستخدام الفعلي لـ PEMWE ، يجب تشغيل القطب الغشائي (MEA) تحت كثافة تيار عالية (â 1-2 سم -2) لضمان إنتاج الهيدروجين بكفاءة ، وبالتالي فإن مشاكل انخفاض استخدام المحفز ، وارتفاع يجب حل مقاومة أوم ونقل الكتلة المحدود في نفس الوقت.من المتوقع أن يقلل بناء MEA المرتب من حركية التحفيز الكهربائي ، ونقل الكتلة وفقدان أوم في نفس الوقت ، وهو هدف أبحاث خلايا وقود الهيدروجين ، ولكنه يمثل تحديًا كبيرًا.

في ضوء ذلك ، من منظور تصميم التكامل الهيكلي لشركة طيران الشرق الأوسط ، اقترح فريق البحث العلمي بشكل مبتكر إعداد نوع جديد من MEA المطلوبة مع مجموعة مخروطية متدرجة الأنود وواجهة غشاء / طبقة تحفيزية ثلاثية الأبعاد باستخدام تقنية بصمة النانو والثابت طريقة.أدت المصفوفة المخروطية وبنية الطبقة الحفازة المتدرجة إلى زيادة تعرض المواقع النشطة ؛تعمل واجهة الغشاء / الطبقة الحفازة المتدرجة وثلاثية الأبعاد على تعزيز قوة الترابط للواجهة.توفر الفراغات المرتبة عموديًا قناة سريعة لنقل الغاز والسائل.يمكن لهيكل الشرق الأوسط وأفريقيا أن يقلل في نفس الوقت من فقد الأداء الناجم عن حركية التحفيز الكهربائي ، واستقطاب الأوم ، واستقطاب نقل الكتلة.بالمقارنة مع MEA التقليدي مع تحميل Ir من 2 مجم سم -2 ، زاد الهيكل المرتب المنطقة النشطة الكهروكيميائية بمقدار 4.2 مرة ، وقلل من نقل الكتلة والاستقطاب الأومي الزائد بنسبة 13.9٪ و 8.7٪ على التوالي.أظهر MEA المطلوب الجديد أداءً ممتازًا قدره 1.801V@2A سم -2 عندما كان الحمل Ir منخفضًا مثل 0.2 مجم سم -2 ، وهو ما كان مشابهًا لهيكل MEA التقليدي بعشرة أضعاف حمولة الأشعة تحت الحمراء ، وأظهر ثباتًا جيدًا.تقدم هذه الدراسة إستراتيجية جديدة لتطوير PEMWE بأداء عالٍ وحمل محفز معدني نبيل منخفض وعمر طويل.