Metal-based cathodes for hydrogen production by alkaline water electrolysis: Review of materials, degradation mechanism, and durability tests

耐久性 材料科学 电解 制氢 降级(电信) 电解水 机制(生物学) 阴极 冶金 法律工程学 复合材料 电极 化学 工程类 电解质 电信 哲学 有机化学 物理化学 认识论
作者
Naeemeh Esfandiari,Mahmood Aliofkhazraei,A.N. Colli,F.C. Walsh,Serhiy Cherevko,Ludwig A. Kibler,Mohamed M. Elnagar,Peter D. Lund,Dongke Zhang,Sasha Omanovic,Jaeyoung Lee
出处
期刊:Progress in Materials Science [Elsevier BV]
卷期号:144: 101254-101254 被引量:53
标识
DOI:10.1016/j.pmatsci.2024.101254
摘要

The Department of Energy (DOE) has identified the reduction of H2 production cost as a prominent objective. Therefore, any factor that influences the system's functionality and subsequently production cost is deemed significant. The stability of the cathode is a crucial factor in ensuring high operational reliability; however, its treatment in the existing literature remains inadequate. This review aims to identify the key challenges associated with the stability of HER electrodes and provides a comprehensive understanding of various cathodic degradation mechanisms. In the present investigation, genuine circumstances encountered by cathodes in the industrial sector are considered. Special attention is devoted to Fe-based materials, which are deemed favorable and economical options, whereas the deterioration mechanism of Ni-based counterparts, such as cutting-edge materials, is scrutinized. Furthermore, the limitations of using the E-pH diagram, which is a commonly employed tool for predicting stable phases under specific conditions, are discussed. In addition, the cost implications of developing alkaline water electrolyzer (AWEL) stacks are considered. Finally, a comprehensive discussion is presented on the durability of cathode plates, including an analysis of the factors that impact their predicted lifetime and protocols that facilitate the acquisition of more realistic stability results.
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