Nieuw bestelde membraanelektrode-assemblage voorgesteld voor hoogwaardige protonenuitwisselingsmembraan-waterelektrolyse

Waterelektrolyse met protonenuitwisselingsmembraan (PEMWE) is veelbelovend vanwege de hoge energie-efficiëntie en waterstofzuiverheid. Aangezien de praktische toepassing van de PEMWE’s echter meestal werkt met hoge stroomdichtheden (≥1–2 A m^-2), onvoldoende gebruik van de katalysator, beperkt massatransport en hoge ohmse weerstand van de conventionele membraanelektrode-assemblage (MEA) beperken de prestaties van PEMWE.

Onlangs heeft een onderzoeksteam onder leiding van prof. Yang Hui van het Shanghai Advanced Research Institute (SARI) van de Chinese Academie van Wetenschappen een nieuwe geordende MEA voorgesteld op basis van een anode met een 3D-membraan/katalytische laag (CL)-interface en gradiënt taps toelopende arrays voor krachtige PEMWE.

De studie is gepubliceerd in Nano-brieven op 5 december.

“Profiterend van de gemaximaliseerde driefasige interface, snel massatransport en gradiënt CL, vergroot zo’n geordende structuur niet alleen het elektrochemische actieve gebied met 4,2 keer, maar vermindert ook de overpotentialen van zowel massatransport als ohmse polarisatie met 13,9% en 8,7%, respectievelijk,” zei prof. Yang.

Deze bestelde MEA zorgt voor een prestatie van 1.801 V @ 2 A cm^-2 zelfs met een Ir-belasting van slechts 0,2 mg cm^-2wat vergelijkbaar is met conventionele MEA met een Ir-belasting van 2 mg cm^-2. Verder kan het stabiel werken gedurende 300 uur onder 1 A cm^-2.

De studie biedt een eenvoudige maar effectieve strategie voor het algehele ontwerp van nanogestructureerde MEA voor krachtige en stabiele PEMWE met lage Ir-belasting.