在高性能聚合物电解质膜水电解剂中开发膜电极组件的催化剂
Sun Seo Jeon1, Wonjae Lee1, Hyeseong Jeon1
1Department of Chemical and Biomolecular Engineering, Korea Advanced Institute of Science and Technology, Daejeon, 34141, Republic of Korea.
ChemSusChem
|July 10, 2024
概括
本次审查重点关注膜电极组件 (MEA) 水电解剂的催化剂,这对于绿色生产至关重要. 它强调了质子和离子交换膜水电解器 (PEMWE和AEMWE) 的进步,以实现高效,持久的产生.
科学领域:
- 电化学和材料科学 材料科学
- 可再生能源技术可再生能源技术
- 绿色气生产绿色气生产
背景情况:
- 实现碳中和需要通过可再生能源供电的水电解来生产绿色.
- 聚合物膜水电解器,包括质子交换膜水电解器 (PEMWE) 和离子交换膜水电解器 (AEMWE),是关键技术.
- 高活性和耐久性的催化剂开发对于将这些电解剂商业化至关重要,但半细胞测试可能不反映现实世界的膜电极组件 (MEA) 性能.
研究的目的:
- 审查专门评估用于高性能质子交换膜水电解剂 (PEMWE) 和离子交换膜水电解剂 (AEMWE) 膜电极组件 (MEA) 系统的催化剂.
- 巩固研究发现的催化剂,已在完整的MEA设备中表现出性能,超越半细胞研究.
主要方法:
- 文献综述专注于与PEMWE和AEMWE的膜电极组件 (MEA) 性能数据报告的催化剂.
- 分析PEMWE中氧化演化反应 (OER) 的催化剂策略,包括 (Ir) 减少和替代材料.
- 对AEMWE中的演化反应 (HER) 和氧演化反应 (OER) 的催化剂增强剂的检查,重点是基于铁 (NiFe), (Co) 和 (Pt) 的系统.
主要成果:
- 对于PEMWE来说,在氧化演化反应 (OER) 催化剂中减少 (Ir) 使用的策略包括最大限度地提高活性,使用金属氧化物支,合Irox格子,并探索非Ir材料.
- 对于AEMWE来说,研究重点是通过提高导电性和质量传输来增强OER的铁 (NiFe) 和 (Co) 基催化剂,同时检查HER的 (Pt) 和 (Ni) 基催化剂.
- 还讨论了在纯水环境中运行的AEMWE催化剂的独特挑战和考虑.
结论:
- 基于MEA的PEMWE和AEMWE系统的催化剂开发正在推进,重点是降低成本 (例如,最小化Ir) 和提高性能.
- 在MEA配置中解决催化剂耐用性,活性和运行条件 (如AEMWE的纯水) 对绿色生产的商业可行性至关重要.
- 本综述为MEA测试的催化剂提供了专注的概述,指导未来的研究向实际的电解剂应用.
相关概念视频
01:15Potentiometry: Membrane Electrodes
547
Membrane electrodes, also known as p-ion electrodes, use membranes that selectively interact with free analyte ions, generating a potential difference across the membrane. The resulting membrane potential, known as the asymmetry potential, is not zero even when analyte concentrations on both sides of the membrane are equal. The membrane's response is typically not selective to a single analyte but proportional to the concentration of all ions in the sample solution capable of interacting at...
547
01:17Ion Exchange
573
Ion exchange chromatography separates charged molecules from a solution by reversibly exchanging them with mobile, or 'active', ions associated with the oppositely charged stationary phase. This method can be used to separate ions, soften and deionize water, and purify solutions. The polymers comprising the ion-exchange column are high-molecular-weight and chemically stable polymers, crosslinked to be porous and essentially insoluble. They are also functionalized with either acidic or...
573