Breathable Gas-Evolving Electrodes in Electrochemical Energy Devices

材料科学 电极 电化学 光电子学 能量(信号处理) 纳米技术 能源消耗 能量密度 阳极 背景(考古学)
作者
Yuan Zhou,Wei Du,Xuefeng He,Nianbing Zhong,Yang Yang,Rong Chen,Xun Zhu,Qiang Liao
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry Letters [American Chemical Society]
卷期号:17 (22): 6120-6131
标识
DOI:10.1021/acs.jpclett.6c01174
摘要

Gas-evolving electrochemical devices are fundamentally constrained by gas bubble formation at the electrode-electrolyte interface, which leads to active site blockage, increased overpotentials, and compromised operational stability. Breathable gas-evolving electrodes (BGEs) have recently emerged as a transformative strategy to eliminate bubble-related limitations by enabling in situ gas release through hydrophobic porous membranes. However, a comprehensive overview of recent advancements in BGEs, particularly with respect to their underlying mechanisms, remains lacking. This review first summarizes key architectural advancements in BGEs across water electrolysis, Zn-air batteries, direct liquid fuel cells, and gas purification and separation technologies. We then establish a unified mechanistic framework for gas release in BGEs, identifying two governing pathways: (i) in situ gas-phase release at the gas-liquid interface and (ii) liquid film rupture-induced bubble release. Finally, we critically discuss the remaining challenges that limit the practical deployment of BGEs. Perspectives are provided on future research directions toward mechanically robust and scalable BGE architectures capable of sustaining bubble-free operation at high current densities.
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