Nanobubble Formation and Coverage during High Current Density Alkaline Water Electrolysis

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作者
Joshua A. Hammons,ShinYoung Kang,Thomas Ferron,Fikret Aydin,Tiras Y. Lin,Kansas Seung,Paul Chow,Yuming Xiao,Jonathan T. Davis
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:24 (43): 13695-13701 被引量:13
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.4c03657
摘要

Gas bubbles are a necessary byproduct of water electrolysis whereby hydrogen and oxygen are produced from water. These attached gases reduce the electrode's active area, which necessitates a deep understanding of the bubble life cycle starting from nanobubbles. Synchronized with the electrochemistry, the time evolution of the surface nanobubble size and coverage is resolved using grazing incidence small-angle X-ray scattering (GISAXS) and correlated with optical microscopy and theoretical calculations to show that a significant portion of the surface is covered in nanobubbles after larger micron-sized bubbles are observed. These nanobubbles increase in number and decrease in size, toward 2 nm diameter, with the charge passed. The trend in size and number is consistent with an increase in supersaturation, which reduces the nascent bubble size. Altogether, this study suggests a significant portion of the surface contains nanobubbles and that strategies to reduce the dissolved hydrogen would be effective at reducing the nanobubble surface coverage.
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