पाण्यापासून हायड्रोजन निर्मितीसाठी प्रोटॉन एक्सचेंज मेम्ब्रेन इलेक्ट्रोलिसिसच्या अभ्यासात प्रगती झाली आहे

शांघाय इन्स्टिट्यूट फॉर अॅडव्हान्स्ड स्टडीज ऑफ द चायनीज अॅकॅडमी ऑफ सायन्सेसचे संशोधक यांग हुई यांच्या नेतृत्वाखालील टीमने प्रोटॉन एक्सचेंज मेम्ब्रेन इलेक्ट्रोलिसिसद्वारे हायड्रोजन उत्पादनात महत्त्वपूर्ण प्रगती केली आहे.प्रोटॉन एक्सचेंज मेम्ब्रेनसाठी कमी इरिडियम लोडिंगसह ग्रेडियंट ऑर्डर केलेल्या संरचनेसह एनोडची एकंदर रचनावॉटर इलेक्ट्रोलिसिस, नॅनो लेटर्समध्ये प्रकाशित.

प्रोटॉन एक्सचेंज मेम्ब्रेन हायड्रोइलेक्ट्रोलिसिस (पीईएमडब्ल्यूई) हे शून्य कार्बन उत्सर्जनासह हायड्रोजन उत्पादनासाठी प्रमुख तंत्रज्ञानांपैकी एक आहे.सध्या, एनोड साइडमधील मौल्यवान धातू Ir चे उच्च प्रमाण PEMWE ची किंमत मोठ्या प्रमाणात वाढवते आणि त्याच्या व्यापारीकरण प्रक्रियेस प्रतिबंधित करते.Ir चे प्रमाण कमी करण्यासाठी उच्च क्रियाकलाप आणि कमी Ir सामग्रीसह उत्प्रेरक तयार करणे ही एक सामान्य पद्धत आहे.तथापि, PEMWE च्या प्रत्यक्ष वापरामध्ये, कार्यक्षम हायड्रोजन उत्पादन सुनिश्चित करण्यासाठी मेम्ब्रेन इलेक्ट्रोड (MEA) उच्च प्रवाह घनता (â¥1-2 A cm-2) अंतर्गत ऑपरेट करणे आवश्यक आहे, त्यामुळे कमी उत्प्रेरक वापराच्या समस्या, उच्च ओम प्रतिरोध आणि मर्यादित वस्तुमान हस्तांतरण एकाच वेळी सोडवणे आवश्यक आहे.ऑर्डर केलेल्या MEA च्या बांधकामामुळे एकाच वेळी इलेक्ट्रोकॅटॅलिटिक गतीशास्त्र, मास ट्रान्सफर आणि ओमिक लॉस कमी होणे अपेक्षित आहे, जे हायड्रोजन इंधन सेल संशोधनाचे लक्ष्य आहे, परंतु ते खूप आव्हानात्मक आहे.

हे लक्षात घेऊन, MEA स्ट्रक्चरल इंटिग्रेशन डिझाइनच्या दृष्टीकोनातून, वैज्ञानिक संशोधन संघाने नवीन प्रकारचे ऑर्डर केलेले MEA नॅनो-इंप्रिंट तंत्रज्ञान आणि स्टॅटिक वापरून एनोड ग्रेडियंट शंकूच्या आकाराचे अॅरे आणि त्रि-आयामी झिल्ली/उत्प्रेरक स्तर इंटरफेस तयार करण्याचा प्रस्ताव दिला. पद्धतशंकूच्या आकाराचे अॅरे आणि ग्रेडियंट उत्प्रेरक स्तर संरचना सक्रिय साइट्सचे प्रदर्शन वाढले;ग्रेडियंट आणि त्रिमितीय झिल्ली/उत्प्रेरक स्तर इंटरफेस इंटरफेस बाँडिंग सामर्थ्य वाढवते.उभ्या मांडलेल्या व्हॉईड्स वायू आणि द्रव प्रसारासाठी जलद चॅनेल प्रदान करतात.MEA संरचना एकाच वेळी इलेक्ट्रोकॅटॅलिटिक गतिशास्त्र, ओम आणि मास ट्रान्सफर ध्रुवीकरणामुळे होणारी कार्यक्षमता कमी करू शकते.2 mg cm-2 च्या Ir लोडिंगसह पारंपारिक MEA च्या तुलनेत, ऑर्डर केलेल्या संरचनेने इलेक्ट्रोकेमिकल सक्रिय क्षेत्र 4.2 पट वाढवले ​​आणि वस्तुमान हस्तांतरण आणि ओमिक ध्रुवीकरण ओव्हरपोटेन्शियल अनुक्रमे 13.9% आणि 8.7% ने कमी केले.नवीन ऑर्डर केलेल्या MEA ने 1.801V@2A cm-2 ची उत्कृष्ट कामगिरी दाखवली जेव्हा Ir लोड 0.2 mg cm-2 इतका कमी होता, जो Ir लोडच्या दहापट असलेल्या पारंपारिक MEA संरचनेशी तुलना करता येतो आणि चांगली स्थिरता दाखवली.हा अभ्यास उच्च कार्यक्षमता, कमी उदात्त धातू उत्प्रेरक भार आणि दीर्घ आयुष्यासह PEMWE च्या विकासासाठी नवीन धोरण प्रदान करतो.