高性能AEM电解水关键材料和结构设计
“优秀设计”三等奖资助企业:
上海文景能源科技有限公司
企业导师: 靳子涵

指导教师: 沈水云

项目成员: 宋佳臻、吉姝雯、王馨仪

项目概述
本项目聚焦于阴离子交换膜水电解(AEMWE)技术的优化与商业化应用,旨在开发高效、稳定的用于AEMWE阳极氧析出反应(OER)的非贵金属催化剂,降低绿氢制取成本。项目采用电沉积法与水热法制备Ni、Fe等多金属掺杂催化剂,构建具有非晶/晶体界面的高性能电极材料。同时结合COMSOL软件开展流道结构与热力学建模优化,提升膜电极系统的模拟精度与能效评估能力。通过工艺优化与模拟指导,选出性能最优催化剂,为AEMWE技术的大规模应用提供理论支撑与技术路径,助力氢能产业可持续发展。
项目目标
本项目以降低绿氢生产成本和提升技术竞争力为核心目标,围绕AEMWE技术开展高性能非贵金属催化剂的开发与优化。通过电沉积法与水热法制备多金属掺杂催化剂,提升其活性与稳定性,降低材料与运行成本。同时,构建高精度仿真模拟模型,优化电解槽结构与操作参数,减少实验试错,提升效率。结合文献调研与现有模型分析,识别AEMWE系统中的关键问题,明确性能提升方向,力求在实现经济性、环保性与安全性的基础上,推动绿氢技术的大规模商业应用。
项目成果
(1)采用电沉积法制备NiFeAg0.2550mA·cm-2下过电势为243mV,具有较高活性。100mA·cm-2电流密度下稳定运行100h,具有良好的稳定性。SEM测试中,其具有良好的表面形貌。
(2)采用水热法制备NiFeS1.550mA·cm-2下过电势为193mV,活性较高。100mA·cm-2电流密度下稳定运行100h,具有良好的稳定性。SEM测试中,其具有良好的表面形貌。
(3)通过对六种流道稳态极化性能的比较,发现两种蛇形流道与交指流道极化性能较好,通过分析流道中流速与压强分布,发现蛇形流道,叶栅形流道与叶脉流道对于气泡排出的效果最好。