Utilización combinada de electrodos de referencia y DRT para desentrañar las pérdidas del electrolizador AEM

Área de la Ciencia:

• La electroquímica
• Ciencias de los materiales
• Ingeniería Química

Sus antecedentes:

• Los electrolizadores de agua de membrana de intercambio de aniones (AEMWEs) son una alternativa rentable a los electrolizadores de membrana de intercambio de protones (PEM), que utilizan catalizadores de metales no preciosos y electrolitos alcalinos.
• A pesar de las ventajas de AEMWE, siguen existiendo desafíos para lograr una durabilidad a largo plazo, altas densidades de corriente y un rendimiento estable de la membrana.
• El análisis estructural-electroquímico exhaustivo de los componentes AEMWE durante el funcionamiento prolongado es limitado.

Objetivo del estudio:

• Realizar una caracterización estructural y electroquímica detallada de un AEMWE comercial.
• Para correlacionar el rendimiento de la celda completa con el rendimiento intrínseco del medio electrodo utilizando electrodos de referencia duales.
• Proporcionar un análisis completo de los materiales del ánodo NiFeOx y el cátodo de níquel Raney bajo estrés operativo.

Principales métodos:

• Caracterización electroquímica que incluye la voltametría de barrido lineal (LSV) y la espectroscopia de impedancia electroquímica (EIS).
• Utilizó una configuración de electrodos de referencia dual para diferenciar el rendimiento de la media célula.
• Ha realizado investigaciones tomográficas y espectroscópicas de materiales de ánodo y cátodo.
• Pruebas de funcionamiento a largo plazo (1000 h) a 1,0 A cm−2, 60 °C, en 1,0 M KOH.

Principales resultados:

• Se obtiene un rendimiento de celda completa de 1,0 A cm-2 a 2,2 V (ambiente) y 1,1 A cm-2 a 2,0 V (60 °C), con una eficiencia HHV del 74,5% a 1,0 A cm-2.
• Se observó un aumento significativo de la resistencia a la polarización después de 230 horas de operación, en contraste con la mejora continua del rendimiento de la MEA atribuida a la degradación de la membrana.
• Picos de impedancia de baja frecuencia identificados (1,5-25 Hz) relacionados con la formación de burbujas y procesos intermedios/de alta frecuencia (>50 Hz) para la transferencia de carga y el transporte iónico.
• El ánodo NiFeOx demostró una cinética de transferencia de carga superior en comparación con el cátodo de níquel Raney, que exhibió una mayor resistencia a la polarización.

Conclusiones:

• Los estudios de doble electrodo de referencia y el análisis de DRT son cruciales para aislar las pérdidas de rendimiento en AEMWE.
• La degradación de la membrana, si bien mejora el rendimiento general de la MEA a corto plazo, contribuye a los desafíos operativos a largo plazo.
• Comprender el rendimiento de los electrodos individuales y las vías de degradación es clave para avanzar en la tecnología AEMWE.