پانی سے ہائیڈروجن کی پیداوار کے لیے پروٹون ایکسچینج میمبرین الیکٹرولیسس کے مطالعہ میں پیش رفت ہوئی ہے۔

چینی اکیڈمی آف سائنسز کے شنگھائی انسٹی ٹیوٹ فار ایڈوانسڈ اسٹڈیز کے محقق یانگ ہوئی کی سربراہی میں ایک ٹیم نے پروٹون ایکسچینج میمبرین الیکٹرولیسس کے ذریعے ہائیڈروجن کی پیداوار میں اہم پیش رفت کی ہے۔پروٹون ایکسچینج جھلی کے لیے کم اریڈیم لوڈنگ کے ساتھ گریڈینٹ آرڈرڈ ڈھانچے کے ساتھ انوڈ کا مجموعی ڈیزائنواٹر الیکٹرولیسس، نینو لیٹرز میں شائع ہوا۔

پروٹون ایکسچینج میمبرین ہائیڈرو الیکٹرولیسس (PEMWE) صفر کاربن کے اخراج کے ساتھ ہائیڈروجن کی پیداوار کے لیے کلیدی ٹیکنالوجیز میں سے ایک ہے۔اس وقت، انوڈ سائیڈ میں قیمتی دھات Ir کی زیادہ مقدار PEMWE کی لاگت کو بہت زیادہ بڑھاتی ہے اور اس کے کمرشلائزیشن کے عمل کو محدود کرتی ہے۔اعلی سرگرمی اور کم Ir مواد کے ساتھ کیٹیلسٹ کی تیاری Ir کی مقدار کو کم کرنے کا ایک عام طریقہ ہے۔تاہم، PEMWE کے حقیقی استعمال میں، ہائیڈروجن کی موثر پیداوار کو یقینی بنانے کے لیے جھلی الیکٹروڈ (MEA) کو ہائی کرنٹ کثافت (â¥1-2 A cm-2) کے تحت چلانے کی ضرورت ہے، اس لیے کم اتپریرک کے استعمال کے مسائل، زیادہ اوہم مزاحمت اور محدود بڑے پیمانے پر منتقلی کو ایک ہی وقت میں حل کرنے کی ضرورت ہے۔آرڈر شدہ MEA کی تعمیر سے توقع کی جاتی ہے کہ ایک ہی وقت میں الیکٹروکٹیلیٹک کائینیٹکس، بڑے پیمانے پر منتقلی اور اوہمک نقصان کو کم کیا جائے گا، جو کہ ہائیڈروجن فیول سیل ریسرچ کا ہدف ہے، لیکن یہ کافی مشکل ہے۔

اس کے پیش نظر، MEA سٹرکچرل انٹیگریشن ڈیزائن کے تناظر میں، سائنسی تحقیقی ٹیم نے اختراعی طور پر نینو امپرنٹ ٹیکنالوجی اور سٹیٹک کا استعمال کرتے ہوئے اینوڈ گریڈینٹ مخروطی سرنی اور تین جہتی جھلی/کیٹلیٹک لیئر انٹرفیس کے ساتھ ایک نئی قسم کا آرڈرڈ MEA تیار کرنے کی تجویز پیش کی۔ طریقہمخروطی صف اور تدریجی اتپریرک پرت کی ساخت نے فعال سائٹس کی نمائش میں اضافہ کیا۔تدریجی اور سہ جہتی جھلی/کیٹلیٹک پرت کا انٹرفیس انٹرفیس بانڈنگ کی طاقت کو بڑھاتا ہے۔عمودی طور پر ترتیب دی گئی خالی جگہیں گیس اور مائع کی ترسیل کے لیے تیز رفتار چینل فراہم کرتی ہیں۔MEA ڈھانچہ بیک وقت الیکٹروکیٹالیٹک کائینیٹکس، اوہم اور ماس ٹرانسفر پولرائزیشن کی وجہ سے کارکردگی کے نقصان کو کم کر سکتا ہے۔2 mg cm-2 کی Ir لوڈنگ کے ساتھ روایتی MEA کے مقابلے میں، ترتیب شدہ ڈھانچے نے الیکٹرو کیمیکل ایکٹیو ایریا میں 4.2 گنا اضافہ کیا، اور ماس ٹرانسفر اور اومک پولرائزیشن اوور پوٹینشل کو بالترتیب 13.9% اور 8.7% تک کم کیا۔نئے آرڈر شدہ MEA نے 1.801V@2A cm-2 کی بہترین کارکردگی دکھائی جب Ir لوڈ 0.2 mg cm-2 تک کم تھا، جو روایتی MEA ڈھانچے کے ساتھ Ir لوڈ کے دس گنا کے ساتھ موازنہ تھا، اور اچھی استحکام کا مظاہرہ کیا۔یہ مطالعہ پی ای ایم ڈبلیو ای کی ترقی کے لیے اعلیٰ کارکردگی، کم نوبل میٹل کیٹیلیسٹ بوجھ اور لمبی زندگی کے ساتھ ایک نئی حکمت عملی فراہم کرتا ہے۔