一种无离子聚合物、无间隙的催化剂桥接膜电极组件，用于高性能的纯水供给阴离子交换膜电解槽

《Advanced Materials》：An Ionomer-Free Gapless Catalyst-Bridging Membrane Electrode Assembly for High-Performance Pure Water-Fed Anion Exchange Membrane Electrolyzer

质子交换膜水电解槽（AEMWEs）因低成本和高效产氢特性备受关注，但纯水条件下的高欧姆电阻和缓慢反应动力学限制其性能。本研究通过定向沉积制备无粘合剂间隙催化剂层（GCB-MEA），优化膜电极界面结构，显著提升活性位点密度、降低接触电阻（较传统MEA降低约30%）、加速质量传递动力学，并增强界面结合强度。在1 A/cm2电流密度下实现85.7%能量效率，1000小时电压衰减率仅65 μV/h，创纯水电解槽最低衰减纪录，且在太阳能波动工况下仍保持稳定输出。为高效氢能制备提供了创新膜电极设计策略。

　　

摘要

阴离子交换膜水电解器（AEMWEs）由于成本低且产品纯度高，在氢气生产方面具有很大潜力。然而，使用纯水作为电解质的AEMWEs性能不佳，这主要是由于膜电极组件（MEA）中的高欧姆电阻和缓慢的反应动力学。本文通过定向沉积催化剂层，开发了一种无需离子聚合物的无间隙催化剂桥接MEA（GCB-MEA），以实现高性能的AEMWEs。这种无离子聚合物的催化剂层连接了阴离子交换膜和气体扩散层，在其两侧形成了牢固的界面。与传统MEA相比，GCB-MEA具有更多的活性位点、更低的接触电阻、更快的质量传递动力学以及更强的界面结合力。基于GCB-MEA的AEMWE在1 A cm^?2的电流下表现出85.7%的能量转换效率；在0.5 A cm^?2的电流下，经过1000小时运行后电压下降率为65 μV h^?1，这是迄今为止报道的纯水驱动AEMWEs中最低的电压下降率。此外，该电解器在太阳能供应波动的条件下仍能保持稳定的性能。这项工作为制备用于高性能氢气生产的MEA提供了一种有效策略，尤其是在纯水条件下。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。