基于Pemion®的低贵金属载量PEM电解槽的电化学表征

采用碳氢膜且在催化剂层（CL）具有超低PGM载量设计的膜电极组件（MEA），对于提高现有质子交换膜水电解槽（PEMWE）的成本效益至关重要。在本研究中，我们探究了阳极和阴极PGM载量对采用碳氢Pemion®膜制备的单电池MEA电化学性能的影响。在稳态电解条件下，通过极化和电化学阻抗谱测量评估了电池性能。采用等效电路模型（ECM）和弛豫时间分布（DRT）对恒电位和恒电流阻抗测量进行了分析，以识别并解析各项电阻贡献。增加阳极催化剂层的铱载量通过增强析氧反应（OER）动力学提高了PEMWE单电池的性能。在阴极催化剂层，通过两种构型改变铂载量：(i) 固定Pt/C比，导致CL厚度变化；(ii) 可变Pt/C比，通过使用高比表面积Ketjen Black稀释以保持恒定的CL厚度。具有可变厚度的阴极随着铂载量的降低表现出增加的电阻损耗，主要由界面接触和传质损耗所致。然而，当保持阴极CL厚度时，电池性能对铂载量很大程度上不敏感。这项工作为无氟碳氢PEM对阳极和阴极催化剂载量变化的电化学响应提供了见解，并强调了优化催化剂层结构可以在不影响PEMWE性能的前提下实现阴极CL中的超低PGM载量。