Dual-interface stabilization of low-iridium anodes for durable proton exchange membrane water electrolysis

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作者
Eui Tae Kim,Sangwoo Kim,S. C. Park,PumSuk Park,Eunbyeol Ko,Jemee Joe,Ho Yeon Son,Juyeon Kang,Julie J. Kim,Kibeom Cheon,Kyungin Kim,Kyungin Kim,Soree Kim,Geunsung Lee,Jaehak Jeong,Manki Cho,Noma Kim,Jai Hyun Koh,Kihwan Kim,Kihwan Kim
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
标识
DOI:10.1038/s41467-026-75113-6
摘要

Abstract The durability and cost of iridium-based anodes remain key challenges for high-current density operation of proton exchange membrane water electrolyzers. Here, we report a dual-interface stabilization strategy based on atomic layer deposition of TiO 2 onto IrO 2 catalysts. The resulting anodes sustain operation at 3.0 A cm −2 for 2600 h with near-zero voltage degradation at an iridium loading of 0.4 mg cm −2 , whereas bare IrO 2 exhibits continuous voltage decay over 1000 h at a rate of 31.5 mV kh −1 . Combined experimental characterization and theoretical calculations reveal that interfacial Ti-O-Ir coupling suppresses Ir over-oxidation and dissolution, while the TiO 2 -coated surface strengthens ionomer-catalyst interactions and preserves mass-transport pathways during prolonged operation. This strategy is fully compatible with roll-to-roll manufacturing, enabling industrially scalable implementation. This interfacial engineering approach offers a generalizable design principle for extending electrolyzer lifetime and reducing precious-metal loading across diverse electrochemical energy conversion technologies.
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