Produzione di idrogeno PEM | Elettrocatalizzatori per elettrodi a membrana

Produzione di idrogeno PEM | Elettrocatalizzatori per elettrodi a membrana

Il MEA (assemblaggio membrana-elettrodo) è una parte fondamentale per l'elettrolisi dell'acqua con membrana a scambio protonico (PEMWE) [anche una parte fondamentale per le celle a combustibile PEM], che comprende una membrana a scambio protonico, uno strato catalitico (CL) e uno strato di diffusione del gas ( GDL). Essendo il luogo in cui avviene la reazione dell'elettrodo, la struttura di CL e GDL ha una grande influenza sul trasferimento di reagenti e prodotti (flusso bifase gas-liquido), resistenza, movimento di protoni ed elettroni e altri processi correlati di la reazione dell'elettrodo. Lo strato catalitico è la parte che supporta il catalizzatore, e lo strato catalitico del catodo e il catalizzatore dell'anodo costituiscono rispettivamente l'elettrodo di evoluzione dell'idrogeno e l'elettrodo di evoluzione dell'ossigeno. La sostanza catalitica dello strato catalitico catodico è solitamente platino, solitamente nanoparticelle di platino supportate su nanocarbonio poroso. La sostanza catalitica dello strato catalitico dell'anodo è solitamente iridio o il suo ossido (come il biossido di iridio). La membrana a scambio protonico si trova tra due elettrodi incorporati con un catalizzatore. La membrana a scambio protonico isola i due elettrodi l'uno dall'altro. I due elettrodi costituiscono rispettivamente l'anodo e il catodo.

Nell'elettrolisi dell'acqua PEM, le nanoparticelle di platino supportate da carbonio vengono utilizzate come elettrocatalizzatori sul catodo [elettrodo di evoluzione dell'idrogeno] per promuovere HER (reazione di evoluzione dell'idrogeno). La reazione di evoluzione dell'idrogeno avviene sull'elettrodo negativo e la reazione di evoluzione dell'idrogeno è la seguente:

Sul lato dell'anodo non è quasi disponibile alcun trasportatore di elettroni di supporto. L'iridio (metallo o ossido) è il catalizzatore OER più efficace e stabile in mezzi acidi e l'equazione della reazione anodica è la seguente:

Attualmente, la questione più preoccupante nella preparazione dei catalizzatori è quella dei costi, a causa dell'uso di metalli preziosi come platino e iridio. Questo è un fattore chiave che limita lo sviluppo della produzione di idrogeno PEM e delle celle a combustibile PEM. L'applicazione della produzione di idrogeno PEM deve ridurre la quantità di platino e iridio per unità di area, ottimizzare il processo di preparazione dell'elettrodo a membrana e la struttura della membrana e garantire la stabilità delle prestazioni e della struttura del catalizzatore.