利用复合离子交换膜实现自供电双电极氢气生产

《Nature Communications》：Self-powered dual-electrode hydrogen production using a composite ion exchange membrane

　　

摘要

在低电位下，通过阳极析氢实现甲醛的电氧化反应为氢气生产提供了一种节能方式。将这一反应与酸性阴极液和碱性阳极液结合在酸碱混合电化学系统中，可以实现自供电的氢气生产并同时产生电能。然而，这类系统的性能受到膜材料的限制：传统的正向偏压双极膜由于层状分离现象而具有较高的欧姆电阻；而单极离子交换膜则会导致不必要的酸碱中和反应。为了解决这些问题，我们设计了一种复合离子交换膜，该膜由具有通孔结构的阴离子交换膜和阳离子交换膜组成。使用这种膜后，系统的氢气法拉第效率达到了198±3%，峰值功率密度为142 mW cm^?2。数值模拟表明，具有通孔结构的阴离子交换膜能够有效调控载流子的传输，从而降低电阻并提高酸碱物质的利用效率。本文为可持续氢气生产提供了一条有前景的途径，实现了酸碱化学能向电能的高效转化。