पानीबाट हाइड्रोजन उत्पादनको लागि प्रोटोन एक्सचेन्ज मेम्ब्रेन इलेक्ट्रोलाइसिसको अध्ययनमा प्रगति भएको छ

चाइनिज एकेडेमी अफ साइन्सेसको सांघाई इन्स्टिच्युट फर एडभान्स्ड स्टडीजका अनुसन्धानकर्ता याङ हुइको नेतृत्वमा रहेको टोलीले प्रोटोन एक्सचेन्ज मेम्ब्रेन इलेक्ट्रोलाइसिसद्वारा हाइड्रोजन उत्पादनमा महत्त्वपूर्ण प्रगति गरेको छ।प्रोटोन एक्सचेन्ज मेम्ब्रेनको लागि कम इरिडियम लोडिङको साथ ग्रेडियन्ट अर्डर गरिएको संरचनाको साथ एनोडको समग्र डिजाइनपानी इलेक्ट्रोलिसिस, नैनो पत्रमा प्रकाशित।

प्रोटोन एक्सचेन्ज मेम्ब्रेन हाइड्रोइलेक्ट्रोलिसिस (PEMWE) शून्य कार्बन उत्सर्जनको साथ हाइड्रोजन उत्पादनको लागि प्रमुख प्रविधिहरू मध्ये एक हो।हाल, एनोड साइडमा बहुमूल्य धातु Ir को उच्च मात्राले PEMWE को लागत धेरै बढाउँछ र यसको व्यावसायीकरण प्रक्रियालाई प्रतिबन्धित गर्दछ।उच्च गतिविधि र कम Ir सामग्री संग उत्प्रेरक को तयारी Ir को मात्रा कम गर्न को लागी एक सामान्य तरीका हो।यद्यपि, PEMWE को वास्तविक प्रयोगमा, झिल्ली इलेक्ट्रोड (MEA) कुशल हाइड्रोजन उत्पादन सुनिश्चित गर्न उच्च वर्तमान घनत्व (â¥1-2 A cm-2) अन्तर्गत सञ्चालन गर्न आवश्यक छ, त्यसैले कम उत्प्रेरक उपयोगको समस्याहरू, उच्च ओम प्रतिरोध र सीमित जन स्थानान्तरण एकै समयमा समाधान गर्न आवश्यक छ।अर्डर गरिएको MEA को निर्माणले एकै समयमा इलेक्ट्रोकाटालिटिक काइनेटिक्स, मास ट्रान्सफर र ओमिक हानि कम गर्ने अपेक्षा गरिएको छ, जुन हाइड्रोजन फ्युल सेल अनुसन्धानको लक्ष्य हो, तर यो एकदम चुनौतीपूर्ण छ।

यसलाई ध्यानमा राख्दै, MEA संरचनात्मक एकीकरण डिजाइनको परिप्रेक्ष्यमा, वैज्ञानिक अनुसन्धान टोलीले नैनो-छाप टेक्नोलोजी र स्थिर प्रयोग गरेर एनोड ग्रेडियन्ट कोनिकल एरे र तीन-आयामी झिल्ली/उत्प्रेरक तह इन्टरफेसको साथ नयाँ प्रकारको अर्डर गरिएको MEA तयार गर्ने प्रस्ताव राख्यो। विधि।कोनिकल एरे र ग्रेडियन्ट उत्प्रेरक तह संरचनाले सक्रिय साइटहरूको एक्सपोजर बढायो;ग्रेडियन्ट र त्रि-आयामी झिल्ली/उत्प्रेरक तह इन्टरफेसले इन्टरफेस बन्धन बल बढाउँछ।ठाडो रूपमा व्यवस्थित भोइडहरूले ग्यास र तरल प्रसारणको लागि द्रुत च्यानल प्रदान गर्दछ।MEA संरचनाले एकै साथ इलेक्ट्रोकाटालिटिक काइनेटिक्स, ओम र मास ट्रान्सफर ध्रुवीकरणको कारणले हुने कार्यसम्पादन नोक्सानलाई कम गर्न सक्छ।2 mg cm-2 को Ir लोडिङको साथ पारंपरिक MEA को तुलनामा, अर्डर गरिएको संरचनाले इलेक्ट्रोकेमिकल सक्रिय क्षेत्रलाई 4.2 गुणा बढायो, र क्रमशः 13.9 % र 8.7 % ले मास ट्रान्सफर र ओमिक ध्रुवीकरण ओभरपोटेन्शियल घटायो।नयाँ अर्डर गरिएको MEA ले 1.801V@2A cm-2 को उत्कृष्ट प्रदर्शन देखायो जब Ir लोड 0.2 mg cm-2 को रूपमा कम थियो, जुन Ir लोडको दस गुणाको साथ परम्परागत MEA संरचनासँग तुलनात्मक थियो, र राम्रो स्थिरता देखायो।यस अध्ययनले उच्च प्रदर्शन, कम नोबल धातु उत्प्रेरक लोड र लामो जीवनको साथ PEMWE को विकासको लागि नयाँ रणनीति प्रदान गर्दछ।