Electrostatic Self‐Adsorption Stabilized Ultra‐Thin Composite Membrane Enabling High‐Performance Alkaline Water Electrolysis

复合数 电解 碱性水电解 电解水 膜 Zeta电位 化学工程 材料科学 纳米颗粒 粒子(生态学) 相(物质) 纳米技术 联轴节(管道) 分子动力学 纳米尺度 工作(物理) 氢 电极 碱金属 陶瓷 钛酸酯
作者
Meng Nie,Jiangping Song,Tian Tian,Shengqiu Zhao,Sixiu Zeng,Haolin Tang
出处
期刊:Advanced sustainable systems [Wiley]
卷期号:9 (10) 被引量:2
标识
DOI:10.1002/adsu.202500341
摘要

Abstract Developing high‐performance, ultra‐thin membranes for alkaline water electrolysis (AWE) remains challenging due to organic‐inorganic phase separation under harsh conditions. Here, an ultrathin (≈120 µm) polyether sulfone/zirconia (PES/ZrO 2 ) composite membrane is designed via interfacial engineering using a titanate coupling agent (CHOPT). The modified ZrO 2 exhibits opposite Zeta potential to PES, enabling electrostatic self‐adsorption that strengthens with alkalinity, ensuring durable nanoparticle anchoring. Incorporating a PPS mesh further enhances mechanical stability. The optimized membrane achieves exceptional performance: ultra‐low area resistance (0.09 Ω cm 2 ), high bubble point pressure (4.55 bar), and excellent hydrophilicity. In 30 wt% KOH at 80 °C, the membrane enables electrolyzer operation at 1.82–1.88 V (1.0 A cm −2 ) with 150‐hour stability. Additionally, theoretical calculations and molecular dynamics simulations provide insights into the mechanisms behind the membrane's outstanding performance. This work provides a scalable strategy for durable, high‐efficiency AWE membranes, addressing critical challenges in green hydrogen production.
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