Mitigating Hydrogen-Induced Degradation of Iridium Anodes in Proton Exchange Membrane Water Electrolyzers

降级(电信) 阳极 质子交换膜燃料电池 化学工程 材料科学 化学 质子 催化作用 无机化学 电化学 电解水 阴极 分解水 电解 铂金
作者
Sinwoo Kang,Neha Bothra,Yong Yuan,Gengnan Li,Shyam Kattel,Jingguang G. Chen
出处
期刊:ACS energy letters [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acsenergylett.6c01650
摘要

One promising method for reducing precious metal usage in proton exchange membrane water electrolysis is lowering iridium (Ir) loading at the anode. However, low-loading Ir catalysts often suffer from poor stability under high current densities. In this study, hydrogen (H 2 ) crossover from the cathode to the anode is identified as a key degradation pathway. Temperature-programmed reduction confirms the reduction of IrO 2 at 80 °C in a hydrogen environment, highlighting the vulnerability of IrO 2 -based catalysts to H 2 exposure. To mitigate this effect, palladium (Pd) is introduced as an anode additive, acting as an H 2 oxidation catalyst and mitigating IrO 2 reduction. This protective role is verified by inductively coupled plasma optical emission spectroscopy and in situ X-ray absorption spectroscopy, showing significantly suppressed Ir dissolution at 80 °C under H 2 flow when an O-covered Pd surface is present at oxygen evolution reaction potentials. Results from the current study identify a new strategy in improving activity and durability of catalysts in electrolyzers.
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