Producția de hidrogen PEM | Electrocatalizatori pentru electrozi cu membrană

Producția de hidrogen PEM | Electrocatalizatori pentru electrozi cu membrană

MEA (ansamblu electrod cu membrană) este o parte cheie pentru electroliza apei cu membrană schimbătoare de protoni (PEMWE) [de asemenea, o parte cheie de bază pentru celulele de combustibil PEM], care include o membrană schimbătoare de protoni, un strat de catalizator (CL) și un strat de difuzie de gaz ( GDL). Ca loc în care are loc reacția electrodului, structura CL și GDL are o mare influență asupra transferului de reactanți și produse (flux bifazic gaz-lichid), rezistență, mișcarea protonilor și electronilor și a altor procese conexe de reacția electrodului. Stratul de catalizator este partea care susține catalizatorul, iar stratul de catalizator catodic și respectiv catalizatorul anodic constituie electrodul de degajare a hidrogenului și electrodul de degajare a oxigenului. Substanța catalitică a stratului catalizator catodic este de obicei platină, de obicei nanoparticule de platină susținute pe nanocarbon poros. Substanța catalitică a stratului de catalizator anodic este de obicei iridiu sau oxidul acestuia (cum ar fi dioxidul de iridiu). Membrana schimbătoare de protoni se află între doi electrozi încorporați cu un catalizator. Membrana schimbătoare de protoni izolează cei doi electrozi unul de celălalt. Cei doi electrozi constituie anodul și respectiv catodul.

În electroliza apei PEM, nanoparticulele de platină suportate de carbon sunt utilizate ca electrocatalizatori la catod [electrodul de evoluție a hidrogenului] pentru a promova HER (reacția de evoluție a hidrogenului). Reacția de degajare a hidrogenului are loc la electrodul negativ, iar reacția de degajare a hidrogenului este următoarea:

Pe partea anodului, aproape că nu există un purtător de electroni suport disponibil. Iridiul (metal sau oxid) este cel mai eficient și mai stabil catalizator OER în medii acide, iar ecuația de reacție a anodului este următoarea:

În prezent, problema cea mai larg preocupată în prepararea catalizatorilor este problema costurilor, din cauza utilizării metalelor prețioase precum platina și iridiul. Acesta este un factor cheie care limitează dezvoltarea producției de hidrogen PEM și a celulelor de combustibil PEM. Aplicarea producției de hidrogen PEM trebuie să reducă cantitatea de platină și iridiu pe unitate de suprafață, să optimizeze procesul de preparare a electrodului membranar și structura membranei și să asigure stabilitatea performanței și structurii catalizatorului.