元素百科介绍了质子交换膜水解电池电化学反应的研究进展。近日，由田纳西大学空间研究所纳米动力学高效推广和动力实验室教授领导的科研团队与田纳西大学机械、航空航天和生物医学工程系、橡树岭国家实验室合作(ORNL)，国家可再生能源实验室国家可再生能源实验室(NREL)国家能源技术实验室和国家能源技术实验室(NETL)采用高速摄像机、光学系统和纳米加工技术，此外，新设计的质子交换膜水解电池和超薄可调气液扩散层首次观察到质子交换膜水解电池和微流体之间的电化学反应的实时现象，从而获得了质子交换膜水解电池内电化学反应的真实机制。因此，研究团队利用磁控溅射涂层法在新开发的超薄可调气液两相扩散层上沉积了一层15纳米厚的催化剂层，大大提高了质子交换膜水解电池催化剂层的利用率和比活性，将催化剂的比活性提高了50倍以上。
质子交换膜水解是最有前途的制氢方法
氢能因其清洁度和高能密度而备受关注，但氢分子在自然界中并不存在，必须通过人工反应制造。作为最有前途的制氢方法，通用电气基于固体聚合物电解质的概念于20世纪60年代首次引入了质子交换膜水解。水解质子交换膜具有效率高、气体纯度高、系统设计紧凑、操作高压等优点。自通用电气公司首次研究以来，各研究团队都试图通过无数替代材料来解决高成本问题。基于三相边界理论，大量关于电化学反应的研究。但到目前为止，还没有一个研究团队能够实时观察到质子交换膜水解电池电化学反应和微流体两相流的实时现象。
田纳西大学机械系张凤元教授说：“基于实时观察到的质子交换膜水解电池的电化学反应现象，我们发现将催化剂放置在相邻电导体的位置可以大大提高质子交换膜水解电池的性能。”。“这样，我们就可以显著降低这种电化学反应设备的成本。”。
研究人员告诉记者，三相边界作为电化学反应设备反应机制理论研究的基础，需要具有反应物和产物的传输通道、质子和电子导体和催化剂，以实现电化学的持续反应。研究观察了三相边界反应点的实时存在位置，可以指导催化剂层的生产，大大提高催化剂的利用效率和比活性。
质子交换膜水解电池催化剂利用率提高
该结果将大大提高质子交换膜水解电池中催化剂的利用率，降低该设备的成本，具有广阔的应用前景。同时，该研究方法对类似电化学反应催化剂的应用也具有广泛的参考意义。
该研究项目由美国能源部国家能源技术实验室基金DE-FE0011585支持，部分实验在橡树岭国家实验室纳米材料科学中心世界顶级纳米加工研究实验室进行。
