Produção de hidrogênio PEM | Eletrocatalisadores para eletrodos de membrana

Produção de hidrogênio PEM | Eletrocatalisadores para eletrodos de membrana

MEA (conjunto de eletrodo de membrana) é uma peça chave para eletrólise de água por membrana de troca de prótons (PEMWE) [também uma peça central chave para células de combustível PEM], que inclui uma membrana de troca de prótons, uma camada de catalisador (CL) e uma camada de difusão de gás ( GDL). Por ser o local onde ocorre a reação do eletrodo, a estrutura de CL e GDL tem grande influência na transferência de reagentes e produtos (fluxo bifásico gás-líquido), na resistência, no movimento de prótons e elétrons e outros processos relacionados de a reação do eletrodo.A camada de catalisador é a parte que suporta o catalisador, e a camada de catalisador de cátodo e o catalisador de ânodo constituem respectivamente o eletrodo de evolução de hidrogênio e o eletrodo de evolução de oxigênio. A substância catalítica da camada catódica do catalisador é geralmente platina, geralmente nanopartículas de platina suportadas em nanocarbono poroso. A substância catalítica da camada catalítica do ânodo é geralmente irídio ou seu óxido (como dióxido de irídio). A membrana de troca de prótons está entre dois eletrodos embutidos com um catalisador. A membrana de troca de prótons isola os dois eletrodos um do outro. Os dois eletrodos constituem o ânodo e o cátodo, respectivamente.

Na eletrólise da água PEM, nanopartículas de platina suportadas por carbono são usadas como eletrocatalisadores no cátodo [eletrodo de evolução de hidrogênio] para promover HER (reação de evolução de hidrogênio). A reação de evolução do hidrogênio ocorre no eletrodo negativo, e a reação de evolução do hidrogênio é a seguinte:

No lado do ânodo, quase não há transportador de elétrons de suporte disponível. O irídio (metal ou óxido) é o catalisador REA mais eficaz e estável em meio ácido, e a equação da reação anódica é a seguinte:

Actualmente, a questão mais preocupante na preparação de catalisadores é a questão do custo, devido à utilização de metais preciosos como a platina e o irídio. Este é um factor chave que restringe o desenvolvimento da produção de hidrogénio PEM e das células de combustível PEM. A aplicação da produção de hidrogênio PEM precisa reduzir a quantidade de platina e irídio por unidade de área, otimizar o processo de preparação do eletrodo de membrana e a estrutura da membrana e garantir a estabilidade do desempenho e da estrutura do catalisador.