上海高研院：在质子交换膜电解水制氢有序化膜电极方面取得重要进展

文章来源：中国科学院上海高等研究院

近日，中国科学院上海高等研究院杨辉研究员团队在质子交换膜电解水制氢研究中取得重要进展，研究成果以“Overall design of anode with gradient ordered structure with low iridium loading for proton exchange membrane water electrolysis”为题发表在材料科学综合类期刊Nano Letters。论文的第一作者为上海高等研究院的博士研究生董姝，杨辉研究员和乐舟莹高级工程师为通讯联系人。

DOI:10.1021/acs.nanolett.2c03461

质子交换膜水电解 (PEMWE) 是实现零碳排放制氢的关键技术之一。目前，由于阳极侧贵金属Ir的高用量大幅增加了PEMWE成本，严重制约其商业化进程。制备高活性低Ir含量催化剂是降低Ir用量的常用方法。然而，在PEMWE实际使用过程中，膜电极(MEA)需要在高电流密度(≥1-2A cm^-2)下运行以保证高效产氢，因此需要同时解决催化剂利用率低、高欧姆电阻以及传质受限等问题。构筑有序结构MEA有望同时降低电催化动力学、传质和欧姆损失，是氢能燃料电池研究人员一直追求的目标，但存在巨大挑战。

鉴于此，研究团队从MEA结构一体化设计的角度出发，创新地提出利用纳米压印技术结合静置法制备一种阳极兼具梯度化锥形阵列及三维膜/催化层界面的新型有序结构MEA。锥形阵列及梯度催化层结构增加了活性位点的暴露；梯度及三维膜/催化层界面增强了界面结合强度；垂直排列的空隙为气、液传输提供了快速通道。

有序结构膜电极示意图、谱学表征和水电解性能评价

该结构MEA可同时降低电催化动力学、欧姆与传质极化造成的性能损失。与Ir载量为2mg·cm^-2的传统MEA相比，该有序结构将电化学活性面积提高至4.2倍，同时分别将传质和欧姆极化过电位降低了13.9%和8.7%。因此，这种新型有序MEA在Ir载量低至0.2mg·cm^-2时，仍表现出1.801V@2A·cm^-2的优异性能，与Ir载量是其十倍的传统结构MEA性能相当，并表现出良好的稳定性。

本研究为开发高性能、低贵金属催化剂载量及长寿命的PEMWE提供了一个新策略。（点击文末“阅读原文”可直接跳转至原文）

END

  //  推 荐 阅 读 

编辑：戴戴

电话：[phone]

联系邮箱：[e-mail]扫码加入中国氢燃料电池行业通讯录

扫码加入微信交流群

商务合作｜广告投放

戴女士 18171430118

【免责声明】1、鉴于本平台发布稿件来源广泛、数量较多，如因作者联系方式不详或其它原因未能与著作权拥有者取得联系，著作权人发现本平台转载了其拥有著作权的作品时，请主动与本平台联系， 提供相关证明材料，本平台将及时处理；2、本平台文章转载目的在于传递更多信息，并不代表本平台赞同其观点和对其真实性负责；3、如其他媒体、网站或个人转载使用，需保留本平台注明的“稿件来源”，并自负法律责任；4、对免责声明的解释、修改及更新权均属于全球氢能所有。

【版权声明】图文转载于网络，版权归原作者所有，仅供学习参考之用，禁止用于商业用途，如有异议，请联系我们进行删除。

转发，点赞，在看，安排一下？