莱斯大学汪昊田ACS Catalysis综述：质子交换膜水电解槽中的工程设计

莱斯大学汪昊田ACS Catalysis综述：质子交换膜水电解槽中的工程设计

质子交换膜水电解槽（PEMWE）是目前被认为最具前景的大规模制氢技术之一，因其高效、稳定和高输出压力等优点而备受关注。然而，当前使用的铱基催化剂虽然活性和稳定性优秀，但高昂的成本限制了其大规模应用。本文综述了PEMWE阳极的工程设计，重点讨论了多孔传输层（PTL）、催化剂层（CL）和质子交换膜（PEM）在阳极界面工程中的最新进展，提出了优化这些关键组件以提高充放电传输、质量传输和催化剂利用率的方法。

成果简介

综述文章提出，通过合理设计PTL、PTL/CL界面和PEM/CL界面，可以显著提升PEMWE的性能并降低其成本。本文首先总结了目前对PTL材料、结构和两相传输特性的理解，然后讨论了阳极界面工程方法和催化剂涂层技术。

研究亮点

• PTL材料和结构：总结了不同PTL材料的优缺点，并讨论了PTL的孔隙大小、孔隙率、厚度和孔隙梯度等结构特性对电解槽性能的影响。
• 界面工程策略：探讨了PEM/CL和PTL/CL界面工程的方法，包括构建3D界面、增加中间层以及直接膜沉积等技术。
• 催化剂涂层技术：介绍了多种催化剂涂层技术及其在提高界面稳定性和电催化性能方面的应用。
• 未来方向：提出了未来阳极设计的发展方向，强调了组件集成对降低成本和提高效率的重要性。

配图精析

图1：展示了PEMWE的可持续H₂生产示意图及典型PEMWE堆栈的成本分布

图2：展示了未涂层和Ir涂层PTL在4000小时操作前后的光学和SEM图像，以及不同层数Ti颗粒喷涂PTL的横截面SEM图像

展望

综述文章总结了PEMWE阳极工程设计的最新进展，强调了合理设计PTL、PTL/CL界面和PEM/CL界面的重要性。这些设计策略不仅可以提升PEMWE的性能，还能显著降低其成本。未来的研究方向包括进一步优化这些界面的集成，以开发更高效、低成本的PEMWE。

文献信息

• 标题: Anode Engineering for Proton Exchange Membrane Water Electrolyzers
• 期刊: ACS Catalysis
• DOI: 10.1021/acscatal.3c05162
• 原文链接: https://doi.org/10.1021/acscatal.3c05162