물에서 수소를 생산하기 위한 양성자 교환막 전기분해 연구에서 진전이 있었습니다.

중국과학원 상하이 고등연구소 연구원인 Yang Hui가 이끄는 팀은 양성자 교환 막 전기분해에 의한 수소 생산에서 중요한 진전을 이루었습니다.양성자 교환막을 위한 낮은 이리듐 로딩을 갖는 기울기 정렬 구조를 갖는 양극의 전체 설계Nano Letters에 게재된 물 전기분해.

양성자 교환막 수전해법(PEMWE)은 탄소배출이 없는 수소 생산을 위한 핵심 기술 중 하나입니다.현재 애노드 측의 귀금속 Ir 함량이 높기 때문에 PEMWE의 비용이 크게 증가하고 상용화 프로세스가 제한됩니다.활성이 높고 Ir 함량이 낮은 촉매를 제조하는 것은 Ir의 양을 줄이는 일반적인 방법입니다.그러나 실제 PEMWE를 사용함에 있어서 효율적인 수소생산을 위해서는 막전극(MEA)을 고전류밀도(≤1-2 A cm-2)에서 동작시켜야 하므로 낮은 촉매 활용도, 높은 옴 저항과 제한된 물질 전달을 동시에 해결해야 합니다.주문형 MEA의 구축은 수소연료전지 연구의 목표인 전기촉매 동역학, 물질이동, ohmic loss를 동시에 감소시킬 것으로 예상되지만 상당히 어려운 과제이다.

이에 연구팀은 MEA 구조 집적 설계의 관점에서 나노 임프린트 기술과 정전기를 이용하여 양극 구배 원추형 배열과 3차원 멤브레인/촉매층 계면을 갖는 새로운 형태의 정렬된 MEA를 준비할 것을 혁신적으로 제안했다. 방법.원추형 배열 및 구배 촉매 층 구조는 활성 사이트의 노출을 증가시켰습니다.구배 및 3차원 멤브레인/촉매층 인터페이스는 인터페이스 결합 강도를 향상시킵니다.수직으로 배열된 공극은 가스 및 액체 전송을 위한 빠른 채널을 제공합니다.MEA 구조는 전기 촉매 동역학, 옴 및 물질 전달 분극화로 인한 성능 손실을 동시에 줄일 수 있습니다.2 mg cm-2의 Ir 로딩을 갖는 기존의 MEA와 비교할 때, 정렬된 구조는 전기화학적 활성 영역을 4.2배 증가시켰고 물질 전달 및 옴 분극 과전압을 각각 13.9% 및 8.7% 감소시켰습니다.새롭게 발주된 MEA는 Ir load가 0.2 mg cm-2 정도로 낮을 때 1.801V@2A cm-2의 우수한 성능을 보여 Ir load가 10배인 기존 MEA 구조와 견줄만 했으며, 좋은 안정성을 보였다.이 연구는 고성능, 낮은 귀금속 촉매 부하 및 긴 수명을 갖춘 PEMWE 개발을 위한 새로운 전략을 제공합니다.