Non-precious high entropy alloys and highly alkali-resistant composite membranes based high performance anion exchange membrane water electrolyzers

材料科学 电解质 阳极 阴极 电解 碱金属 氢氧化物 离子交换 化学工程 电解水 双功能 法拉第效率 离子 无机化学 催化作用 电极 有机化学 化学 物理化学 工程类 生物化学
作者
Pei-Syuan Jhu,Chiung-Wen Chang,Chih‐Chieh Cheng,Yu‐Chieh Ting,Ting‐Yu Lin,Fan-Yu Yen,Po‐Wei Chen,Shih‐Yuan Lu
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier BV]
卷期号:126: 109703-109703 被引量:30
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2024.109703
摘要

Cost-effective highly efficient and stable catalysts and alkali-resistant anion exchange membranes (AEMs) are critical for practical applications of anion exchange membrane water electrolyzers (AEMWEs). Here, bifunctional non-precious FeCoNiCuMo high entropy alloys (HEAs), electrochemically deposited on nickel mesh as an anode (FeCoNiCuMo/NM) and on carbon paper as a cathode (FeCoNiCuMo/CP), together with a NiFe layered double hydroxide (LDH) loaded AEM (AEM/LDH), were developed for high performance AEMWEs. The AEMWE thus fabricated delivered an ultrahigh current density of 1777 mA cm-2 at 2 V and exhibited remarkable stability with a less than 0.1% cell voltage increase after a 100-hour operation at 100 mA cm-2 at 50 oC, largely outperforming those of the precious metal based AEMWE, composed of IrO2/NM as the anode and Pt/C/CP as the cathode, 1231 mA cm-2@2 V and 4.57% increase in cell voltages. Composition of the alkali-resistant, hydrophilic, and water electrolysis active NiFe LDH into the AEM improved not only the electrolyte uptake and operational stability, but also the efficiency of the AEMWE, with a 10% boost in current density achieved at 2 V and a reduction in cell voltage increases from 2.94% to 0.0951%. The present development demonstrates the practicality of AEMWEs toward green hydrogen production.
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