Producción de hidrógeno PEM | Electrocatalizadores para electrodos de membrana.

Producción de hidrógeno PEM | Electrocatalizadores para electrodos de membrana.

MEA (conjunto de electrodos de membrana) es una pieza clave para la electrólisis del agua con membrana de intercambio de protones (PEMWE) [también una pieza central clave para las pilas de combustible PEM], que incluye una membrana de intercambio de protones, una capa de catalizador (CL) y una capa de difusión de gas ( GDL). Como lugar donde ocurre la reacción del electrodo, la estructura de CL y GDL tiene una gran influencia en la transferencia de reactivos y productos (flujo bifásico gas-líquido), la resistencia, el movimiento de protones y electrones, y otros procesos relacionados de la reacción del electrodo. La capa de catalizador es la parte que soporta el catalizador, y la capa de catalizador catódico y el catalizador anódico constituyen respectivamente el electrodo de evolución de hidrógeno y el electrodo de evolución de oxígeno. La sustancia catalítica de la capa de catalizador catódico suele ser platino, normalmente nanopartículas de platino soportadas sobre nanocarbono poroso. La sustancia catalítica de la capa de catalizador anódico suele ser iridio o su óxido (tal como dióxido de iridio). La membrana de intercambio de protones se encuentra entre dos electrodos embebidos con un catalizador. La membrana de intercambio de protones aísla los dos electrodos entre sí. Los dos electrodos constituyen el ánodo y el cátodo respectivamente.

En la electrólisis del agua PEM, las nanopartículas de platino soportadas por carbono se utilizan como electrocatalizadores en el cátodo [electrodo de evolución de hidrógeno] para promover HER (reacción de evolución de hidrógeno). La reacción de desprendimiento de hidrógeno ocurre en el electrodo negativo y la reacción de desprendimiento de hidrógeno es la siguiente:

En el lado del ánodo casi no hay ningún portador de electrones de soporte disponible. El iridio (metal u óxido) es el catalizador REA más eficaz y estable en medios ácidos, y la ecuación de reacción del ánodo es la siguiente:

Actualmente, el tema más preocupante en la preparación de catalizadores es el coste, debido al uso de metales preciosos como el platino y el iridio. Este es un factor clave que restringe el desarrollo de la producción de hidrógeno PEM y de las pilas de combustible PEM. La aplicación de la producción de hidrógeno PEM debe reducir la cantidad de platino e iridio por unidad de área, optimizar el proceso de preparación del electrodo de membrana y la estructura de la membrana, y garantizar la estabilidad del rendimiento y la estructura del catalizador.