PEM производство на водород | Електрокатализатори за мембранни електроди

PEM производство на водород | Електрокатализатори за мембранни електроди

MEA (мембранен електроден възел) е ключова част за водна електролиза с протонообменна мембрана (PEMWE) [също ключова основна част за PEM горивни клетки], която включва протонообменна мембрана, каталитичен слой (CL) и газодифузионен слой ( GDL). Като място, където протича електродната реакция, структурата на CL и GDL има голямо влияние върху преноса на реагенти и продукти (двуфазен поток газ-течност), съпротивлението, движението на протони и електрони и други свързани процеси на реакцията на електрода. Катализаторният слой е частта, която поддържа катализатора, а катодният каталитичен слой и анодният катализатор съответно представляват електрода за отделяне на водород и електрода за отделяне на кислород. Каталитичното вещество на катодния каталитичен слой обикновено е платина, обикновено платинени наночастици, поддържани върху порест нановъглерод. Каталитичното вещество на анодния каталитичен слой обикновено е иридий или негов оксид (като иридиев диоксид). Протонообменната мембрана е между два електрода, вградени с катализатор. Протонообменната мембрана изолира двата електрода един от друг. Двата електрода представляват съответно анод и катод.

При PEM електролизата на вода платиновите наночастици, поддържани от въглерод, се използват като електрокатализатори на катода [електрод за отделяне на водород] за насърчаване на HER (реакция на отделяне на водород). Реакцията на отделяне на водород протича при отрицателния електрод и реакцията на отделяне на водород е както следва:

От страната на анода почти няма наличен поддържащ електронен носител. Иридий (метал или оксид) е най-ефективният и стабилен OER катализатор в кисела среда и уравнението на анодната реакция е както следва:

Понастоящем най-широко загриженият въпрос при подготовката на катализатори е въпросът за разходите, поради използването на благородни метали като платина и иридий. Това е ключов фактор, ограничаващ развитието на PEM производство на водород и PEM горивни клетки. Прилагането на производството на PEM водород трябва да намали количеството платина и иридий на единица площ, да оптимизира процеса на подготовка на мембранния електрод и структурата на мембраната и да гарантира стабилността на производителността и структурата на катализатора.