إنتاج الهيدروجين PEM | المحفزات الكهربائية للأقطاب الكهربائية الغشائية

إنتاج الهيدروجين PEM | المحفزات الكهربائية للأقطاب الكهربائية الغشائية

يعد MEA (تجميع القطب الكهربائي الغشائي) جزءًا رئيسيًا للتحليل الكهربائي للمياه بغشاء تبادل البروتونات (PEMWE) [وهو أيضًا جزء أساسي أساسي لخلايا الوقود PEM]، والذي يتضمن غشاء تبادل البروتون، وطبقة محفز (CL) وطبقة انتشار الغاز ( جي دي إل). كمكان يحدث فيه تفاعل القطب، فإن بنية CL وGDL لها تأثير كبير على نقل المواد المتفاعلة والمنتجات (تدفق غاز-سائل ثنائي الطور)، والمقاومة، وحركة البروتونات والإلكترونات، والعمليات الأخرى ذات الصلة تفاعل القطب. طبقة المحفز هي الجزء الذي يدعم المحفز، وتشكل طبقة محفز الكاثود ومحفز الأنود على التوالي قطب تطور الهيدروجين وقطب تطور الأكسجين. عادة ما تكون المادة الحفزية لطبقة المحفز الكاثود من البلاتين، وعادة ما تكون جسيمات نانوية من البلاتين مدعومة بكربون نانوي مسامي. عادة ما تكون المادة الحفزية لطبقة محفز الأنود هي الإيريديوم أو أكسيده (مثل ثاني أكسيد الإيريديوم). يوجد غشاء تبادل البروتون بين قطبين كهربائيين مزودين بمحفز. يقوم غشاء تبادل البروتون بعزل القطبين عن بعضهما البعض. يشكل القطبان الأنود والكاثود على التوالي.

في التحليل الكهربائي للمياه PEM، يتم استخدام جسيمات البلاتين النانوية المدعومة بالكربون كمحفزات كهربائية عند الكاثود [قطب تطور الهيدروجين] لتعزيز HER (تفاعل تطور الهيدروجين). يحدث تفاعل تطور الهيدروجين عند القطب السالب، ويكون تفاعل تطور الهيدروجين كما يلي:

على جانب الأنود، لا يوجد تقريبًا حامل إلكترون داعم متاح. الإيريديوم (معدن أو أكسيد) هو محفز الموارد التعليمية المفتوحة الأكثر فعالية واستقرارًا في الوسائط الحمضية، ومعادلة تفاعل الأنود هي كما يلي:

في الوقت الحاضر، القضية الأكثر اهتمامًا على نطاق واسع في تحضير المحفزات هي مسألة التكلفة، وذلك بسبب استخدام المعادن الثمينة مثل البلاتين والإيريديوم. يعد هذا عاملاً رئيسياً يقيد تطوير إنتاج الهيدروجين PEM وخلايا الوقود PEM. يحتاج تطبيق إنتاج الهيدروجين PEM إلى تقليل كمية البلاتين والإيريديوم لكل وحدة مساحة، وتحسين عملية تحضير قطب الغشاء الكهربائي وهيكل الغشاء، وضمان استقرار أداء المحفز وبنيته.