PEM-waterstofproductie | Elektrokatalysatoren voor membraanelektroden

PEM-waterstofproductie | Elektrokatalysatoren voor membraanelektroden

MEA (membraanelektrode-assemblage) is een belangrijk onderdeel voor protonenuitwisselingsmembraan-waterelektrolyse (PEMWE) [ook een belangrijk kernonderdeel voor PEM-brandstofcellen], dat een protonenuitwisselingsmembraan, een katalysatorlaag (CL) en een gasdiffusielaag (CL) omvat. GDL). Omdat de plaats waar de elektrodereactie plaatsvindt, heeft de structuur van CL en GDL een grote invloed op de overdracht van reactanten en producten (gas-vloeistof tweefasige stroom), weerstand, de beweging van protonen en elektronen, en andere gerelateerde processen van de elektrodereactie. De katalysatorlaag is het deel dat de katalysator ondersteunt, en de kathodekatalysatorlaag en de anodekatalysator vormen respectievelijk de waterstofontwikkelingselektrode en de zuurstofontwikkelingselektrode. De katalytische substantie van de kathodekatalysatorlaag is gewoonlijk platina, gewoonlijk platina nanodeeltjes gedragen op poreuze nanokoolstof. De katalytische substantie van de anodekatalysatorlaag is gewoonlijk iridium of het oxide ervan (zoals iridiumdioxide). Het protonenuitwisselingsmembraan bevindt zich tussen twee elektroden waarin een katalysator is ingebed. Het protonenuitwisselingsmembraan isoleert de twee elektroden van elkaar. De twee elektroden vormen respectievelijk de anode en de kathode.

Bij PEM-waterelektrolyse worden door koolstof ondersteunde platina-nanodeeltjes gebruikt als elektrokatalysatoren aan de kathode [waterstofontwikkelingselektrode] om HER (waterstofontwikkelingsreactie) te bevorderen. De waterstofontwikkelingsreactie vindt plaats aan de negatieve elektrode en de waterstofontwikkelingsreactie is als volgt:

Aan de anodezijde is er vrijwel geen ondersteunende elektronendrager beschikbaar. Iridium (metaal of oxide) is de meest effectieve en stabiele OER-katalysator in zure media, en de anodereactievergelijking is als volgt:

Momenteel is de meest zorgwekkende kwestie bij de bereiding van katalysatoren de kostenkwestie, vanwege het gebruik van edele metalen zoals platina en iridium. Dit is een sleutelfactor die de ontwikkeling van PEM-waterstofproductie en PEM-brandstofcellen beperkt. De toepassing van PEM-waterstofproductie moet de hoeveelheid platina en iridium per oppervlakte-eenheid verminderen, het voorbereidingsproces en de membraanstructuur van de membraanelektrode optimaliseren en de stabiliteit van de katalysatorprestaties en -structuur garanderen.