Производство водорода PEM | Электрокатализаторы для мембранных электродов

Производство водорода ПЭМ | Электрокатализаторы для мембранных электродов

МЭА (мембранно-электродный узел) является ключевой частью электролиза воды с протонообменной мембраной (PEMWE) [также ключевой частью топливных элементов PEM], который включает в себя протонообменную мембрану, слой катализатора (CL) и газодиффузионный слой ( ГДЛ). Как место, где происходит электродная реакция, структура КЛ и ГДЛ оказывает большое влияние на перенос реагентов и продуктов (двухфазный газожидкостный поток), сопротивление, движение протонов и электронов и другие сопутствующие процессы. электродная реакция. Слой катализатора является частью, которая поддерживает катализатор, а катодный слой катализатора и анодный катализатор соответственно составляют электрод выделения водорода и электрод выделения кислорода. Каталитическим веществом катодного слоя катализатора обычно является платина, обычно наночастицы платины, нанесенные на пористый наноуглерод. Каталитическим веществом анодного слоя катализатора обычно является иридий или его оксид (например, диоксид иридия). Протонообменная мембрана находится между двумя электродами, в которые встроен катализатор. Протонообменная мембрана изолирует два электрода друг от друга. Два электрода составляют анод и катод соответственно.

При электролизе воды PEM наночастицы платины на углеродном носителе используются в качестве электрокатализаторов на катоде (электроде выделения водорода) для стимулирования HER (реакции выделения водорода). Реакция выделения водорода происходит на отрицательном электроде, и реакция выделения водорода выглядит следующим образом:

На анодной стороне практически нет поддерживающего носителя электронов. Иридий (металл или оксид) является наиболее эффективным и стабильным катализатором ОЭР в кислых средах, а уравнение анодной реакции выглядит следующим образом:

В настоящее время наиболее волнующим вопросом при приготовлении катализаторов является вопрос стоимости из-за использования драгоценных металлов, таких как платина и иридий. Это ключевой фактор, ограничивающий развитие производства водорода из ПЭМ и топливных элементов из ПЭМ. Применение производства водорода ПЭМ необходимо для снижения количества платины и иридия на единицу площади, оптимизации процесса подготовки мембранных электродов и структуры мембраны, а также обеспечения стабильности характеристик и структуры катализатора.