Local alkalinity enables high-performance pure water anion exchange membrane electrolysis

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作者
Jiaxin Guo,Ruguang Wang,Yuting Yang,Qin-Hao Zhang,Fahe Cao,Jiong Zhao,Caofeng Pan,Tao Ling
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:17 (1) 被引量:8
标识
DOI:10.1038/s41467-026-69053-4
摘要

Anion exchange membrane water electrolyser is a highly promising electrolyser technology, but its performance in pure water is severely limited by the unsatisfactory OH− conductivity of the membrane. To overcome this critical challenge, we develop a local alkalinity engineering strategy that employs TiO2 nanoparticles in catalyst layers. These nanoparticles enrich OH− in the electric double layer at both electrodes, creating self-sustaining alkaline microenvironments (pH ~ 14), as confirmed by a scanning electrochemical microscopy technique integrating pH microelectrodes. As a result, the engineered electrolyser achieves a high current density of 3.0 A cm−2 at 2.08 V, approaching that of the precious-metal-based proton exchange membrane water electrolyser under identical conditions. In addition, the local alkalinity alleviates the degradation of non-noble metal catalysts and membrane, thus enabling the electrolyser to realise long-term stability of ~ 1400 h at 1.0 A cm−2. We also demonstrate that this local alkalinity strategy can be readily extended to different types of membranes and scaled up, providing a universal tactic to boost the performance of anion exchange membrane water electrolysers. Current anion exchange membrane water electrolysers are hindered by poor performance in pure water. Here, the authors report a strategy that creates built-in alkaline microenvironments, enabling high performance and long-term stability using only pure water.
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