質(zhì)子交換膜電解水制氫低Ir膜電極取得重要進展
質(zhì)子交換膜水電解(PEMWE)是綠色制氫的關(guān)鍵技術(shù),非常契合可再生能源波動性。然而,PEMWE的高成本阻礙了其規(guī)模應(yīng)用,這主要歸因于陽極銥(Ir)基催化劑用量高。降低Ir用量的研究主要聚焦于兩個方面:一是通過開發(fā)新型電催化劑來提升其本征活性;二是在構(gòu)建納米結(jié)構(gòu)膜電極(MEA)提升催化劑利用率與電性能。
近期,中國科學(xué)院上海高等研究院綠色氫能與高效儲能研究團隊提出“錐狀陣列+超薄Pt層+Pt納米花”的多層級結(jié)構(gòu)設(shè)計理念,通過納米壓印光刻、離子濺射和原位生長三步工藝精準構(gòu)建,同時解決傳統(tǒng)MEA導(dǎo)電性和傳質(zhì)受限兩大核心痛點。超薄Pt層兼具雙重功能:既能使面內(nèi)導(dǎo)電性提升12.3倍,又作為成核位點誘導(dǎo)Pt納米花生長,實現(xiàn)結(jié)構(gòu)與性能的協(xié)同優(yōu)化,進而實現(xiàn)超低Ir負載(0.096 mg cm?2)下的高性能,較傳統(tǒng)MEA節(jié)省95%以上Ir,且在2.0 A cm?2下槽壓(1.758 V)優(yōu)于高Ir負載的傳統(tǒng)MEA(1.797 V@ 2 mg cm-2),為PEMWE的低Ir化應(yīng)用提供了新思路。
該成果以“Engineering a Hierarchical Pt/IrO2 Architecture with Tunable Hydrophilicity and High Conductivity for Ultralow-Ir-Loading PEM Water Electrolysis”為題發(fā)表在Advanced Functional Materials,論文第一作者為上海科技大學(xué)與上海高等研究院聯(lián)合培養(yǎng)的董姝博士,王國樑副研究員和楊輝研究員為通訊作者。該研究得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項以及中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進會等支持。

多級結(jié)構(gòu)膜電極制備示意圖與性能
原文鏈接:http://doi.org/10.1002/adfm.202522914
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