操作洞察力 弥合氧气驱动的RuO_x格子崩及其缓解战略的可持续工业PEMWE

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
• 催化剂是一种催化剂.

背景情况:

• 氧化物 (RuO_x) 是质子交换膜水电解 (PEMWE) 的一个关键阳极催化剂.
• 在高电流密度下了解RuO_x降解机制对于实际应用至关重要.
• RuO_x阳极的精确降解路径尚不清楚,阻碍了催化剂的发展.

研究的目的:

• 为了研究PEMWE操作期间RuO_x阳极的降解机制.
• 确定导致催化剂失效的结构变化.
• 开发一种稳定的基于RuO_x的催化剂,可提高耐用性.

主要方法:

• 基于PEMWE的X射线吸收光谱 (XAS),包括扩展的X射线吸收细结构 (EXAFS).
• 设备级诊断和电化学分析 (电化学阻抗光谱 - EIS,放松时间分布 - DRT).
• 氧化 (Ru_0.9Ir_0.1O_x) 的合成和表征.

主要成果:

• XAS揭示了Ru K-边缘的负转移和Ru-O协调的下降,表明桥接氧气的损失 (O_桥) 是停用原因.
• 兴奋剂 (Ru_0.9Ir_0.1O_x) 增加了O_桥空隙形成能量,稳定了Ru-O框架.
• Ru_0.9Ir_0.1O_x保持稳定的价值和协调,电极动力和质子传输电阻较低.
• 化催化剂在3A cm-2时达到1.74V,并在1A cm-2时稳定运行了500小时.

结论:

• 桥接氧气的不可逆转损失是PEMWE中RuO_x阳极的主要降解机制.
• 低水平的Ir兴奋剂有效地稳定了RuO_x结构,提高了催化剂的寿命.
• Ru_0.9Ir_0.1O_x证明了高电流密度PEMWE应用的卓越性能和耐用性.