网络结构的演变和阳极电极的电压损失与PEM水电解仪中的聚合物分散

科学领域:

• 电化学 电化学 电化学
• 材料科学 材料科学 材料科学
• 化学工程是化学工程的重要组成部分.

背景情况:

• 质子交换膜 (PEM) 电解器对于绿色的生产至关重要.
• 催化剂层 (CL) 结构显著影响PEM电解器性能.
• 了解离子分子分散对于优化CL网络架构至关重要.

研究的目的:

• 为了研究离子体分散,CL网络结构和PEM电解器性能之间的关系.
• 分析溶剂特性对离子体和油墨颗粒大小的影响.
• 为了确定CL结构对氧演变反应 (OER) 性能和电压损失的影响.

主要方法:

• 使用不同溶剂 (例如甲醇,异醇) 合成催化剂油墨.
• 离子体和油墨颗粒大小和分散的表征.
• 对PEM电解器进行电化学测试,以评估OER性能和电压损失.
• 对动力,欧姆和质量运输超电位的定量分析.

主要成果:

• 溶解度参数差异的增加导致了更大的离子体和油墨颗粒大小.
• 在低电流密度下,MeOH-cat表现出最大的粒子大小和最差的稳定性,但与IPA-cat相比,具有可比的OER超电位.
• 随着电流密度的增加,电极结构对超电位变得越来越有影响.
• MeOH-cat CL具有最低的动力过电,但整体性能最差 (1.96 V 在 1.5 A cm−2).
• IPA-cat CL显示了最高的动力过电,但由于同质结构和最佳的质量传输,表现最好 (1.76 V在2 A cm-2).

结论:

• 催化剂层网络结构极大地影响PEM电解器的性能,特别是在高电流密度下.
• 同质的CL网络结构和最佳的质量运输对于高性能至关重要.
• 加强CL网络结构对于推进PEM水电解技术至关重要,特别是对于大规模应用.