Production d'hydrogène PEM | Électrocatalyseurs pour électrodes à membrane

Production d'hydrogène PEM | Électrocatalyseurs pour électrodes à membrane

Le MEA (assemblage d'électrodes à membrane) est un élément clé de l'électrolyse de l'eau à membrane échangeuse de protons (PEMWE) [également un élément essentiel des piles à combustible PEM], qui comprend une membrane échangeuse de protons, une couche de catalyseur (CL) et une couche de diffusion de gaz ( GDL). En tant que lieu où se produit la réaction d'électrode, la structure du CL et du GDL a une grande influence sur le transfert des réactifs et des produits (flux biphasique gaz-liquide), la résistance, le mouvement des protons et des électrons et d'autres processus associés. la réaction de l'électrode. La couche de catalyseur est la partie qui supporte le catalyseur, et la couche de catalyseur cathodique et le catalyseur anodique constituent respectivement l'électrode de dégagement d'hydrogène et l'électrode de dégagement d'oxygène. La substance catalytique de la couche de catalyseur cathodique est généralement du platine, généralement des nanoparticules de platine supportées sur un nanocarbone poreux. La substance catalytique de la couche de catalyseur anodique est généralement l'iridium ou son oxyde (tel que le dioxyde d'iridium). La membrane échangeuse de protons se trouve entre deux électrodes recouvertes d'un catalyseur. La membrane échangeuse de protons isole les deux électrodes l'une de l'autre. Les deux électrodes constituent respectivement l'anode et la cathode.

Dans l'électrolyse de l'eau PEM, des nanoparticules de platine sur support carbone sont utilisées comme électrocatalyseurs à la cathode [électrode de dégagement d'hydrogène] pour favoriser la HER (réaction de dégagement d'hydrogène). La réaction de dégagement d'hydrogène se produit au niveau de l'électrode négative et la réaction de dégagement d'hydrogène est la suivante :

Du côté de l'anode, il n'y a presque aucun support d'électrons disponible. L'iridium (métal ou oxyde) est le catalyseur REL le plus efficace et le plus stable en milieu acide, et l'équation de la réaction anodique est la suivante :

À l'heure actuelle, le problème le plus préoccupant dans la préparation des catalyseurs est celui du coût, en raison de l'utilisation de métaux précieux tels que le platine et l'iridium. Il s’agit d’un facteur clé limitant le développement de la production d’hydrogène PEM et des piles à combustible PEM. L'application de la production d'hydrogène PEM doit réduire la quantité de platine et d'iridium par unité de surface, optimiser le processus de préparation des électrodes à membrane et la structure de la membrane, et assurer la stabilité des performances et de la structure du catalyseur.