Advanced Patterned Membranes for Efficient Alkaline Membrane Electrolyzers

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作者
Chuan Hu,Young Jun Lee,Yichang Ma,Xiaohua Zhang,Seung Won Jung,Hyewon Hwang,Hyeon Cho,Myeong‐Geun Kim,Sung Jong Yoo,Qiu Gen Zhang,Young Moo Lee
出处
期刊:ACS energy letters [American Chemical Society]
卷期号:9 (3): 1219-1227 被引量:5
标识
DOI:10.1021/acsenergylett.4c00207
摘要

Rational design of membrane electrode assemblies is crucial to the production of high-performance and durable anion exchange membrane (AEM) water electrolyzers (AEMWEs). Here, we propose a facile method to prepare patterned membranes by casting a polymer solution onto the surface of commercially available monocrystalline silicon plates with pyramid-shaped patterns on their surface. The prepared membrane shows a 39% improvement in water permeability and a 23% enhancement in the electrochemical surface area compared with a flat membrane with the same catalyst loading. The patterned AEM achieves an unprecedented current density of 17.5 A cm–2@2.0 V and mass activity of 26.3 A mgIrO2–1 using a catalyst-coated membrane method. Moreover, the patterned AEM-based AEMWE can be operated at 1.5 A cm–2 and 60 °C for 1000 h with a relatively low voltage decay rate of 22 μV h–1. These results demonstrate that patterned membranes have promising application capability for the next generation of hydrogen-production devices.

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