双极隔膜电池原理

问题描述

精选答案

双极膜是一种新型离子交换膜，原理是：其膜主体可以分为阴离子交换层、阳离子交换层和中间界面层，水解离催化剂被夹在中间的离子交换聚合物中。

研究表明利用一种双极膜电解器来定量研究多种金属和金属氧化物纳米颗粒的水解离动力学。在界面使用催化剂双层在酸性的CEL表面和碱性的AEL表面分别引入合适的水解离催化剂纳米颗粒，实现了具有创记录性能的双极膜，水解离过电位低于10 mV（20 mA•cm-2），纯水双极膜电解器在500 mA•cm-2电流密度下工作的电解电压仅为~2.2 V。

双击隔膜主体可以分为阴离子交流层（anion-exchange layer，AEL）、阳离子交流层（cation-exchange layer，CEL）和中心界面层，水解离催化剂被夹在中心的离子交流聚合物中。与传统阴阳离子交流膜差别，双极膜可以大幅度降低内部电阻，同时水解离产物H+和OH-可在电场力的作用下快速迁移到两侧溶液中，为膜两侧的半反映（好比OER/HER）提供各自理想的pH条件。

金属纳米颗粒的水解离活性与碱性析氢反映活性相关。而且，水解离催化剂层在双极膜界面的确切位置会极大地影响催化剂的活性。

于是，他们在界面使用催化剂双层——在酸性的CEL外面和碱性的AEL外面划分引入合适的水解离催化剂纳米颗粒，实现了具有创记录性能的双极膜。