在3D互锁阳极催化剂层上进行界面和空隙工程,以在离子交换膜水电解器中实现超低电压

科学领域:

• 材料科学 材料科学 材料科学
• 电化学 电化学 电化学
• 可再生能源可再生能源是可再生能源.

背景情况:

• 阳离子交换膜 (AEM) 水电解器对于可持续的生产至关重要.
• 开发高效和稳定的阳极催化剂层 (CLs) 对于AEM水电解器性能至关重要.
• 氧化演化反应 (OER) 是水电解中的一个关键瓶.

研究的目的:

• 设计和合成一个层次的纳米板阵列催化剂,以增强氧进化反应 (OER) 的活性和稳定性.
• 为了改善阳极催化剂层的电子结构和电导率.
• 优化膜电极组件 (MEA) 制造,以减少细胞阻力和改善质量转移.

主要方法:

• 一个分层的纳米板阵列催化剂的制造,由氧空位丰富的CoCrO纳米板和分散的FeNi层双氧化物 (LDH) 组成.
• 催化剂的电子结构,电导率和OER活动的表征.
• 通过直接传输到AEM表面,将催化剂集成到3D互锁阳极CL中.
• 在1M KOH中对AEM水电解器的性能测试,包括超电位,稳定性和电池电压测量.

主要成果:

• 对于OER,CoCrO/NiFe LDH电极在100 mA cm−2时实现了205 mV的超电位.
• 催化剂表现出极好的长期稳定性,保持1000 mA cm-2超过7000小时.
• 3D互锁阳极CL显著降低了细胞阻力,并增强了质量转移.
• 在AEM的水电解仪表现出一个超低的电池电压1.55Vcell在1.0A厘米-2时,超过了最先进的Pt/C//IrO2.2.

结论:

• 开发的CoCrO/NiFe LDH催化剂有效调节电子结构并增强导电性,以实现更优质的OER活动.
• 3D互锁阳极CL策略为减少阻力和改善MEAs中的质量转移提供了突破性进展.
• 这项工作为设计用于先进的性水电解技术的高性能电催化剂提供了有希望的方法.