Effect of poly(3,4-ethylenedioxythiophene): poly(styrenesulfonate) on low-iridium catalyst layer for proton exchange membrane water electrolysis

佩多:嘘 材料科学 质子交换膜燃料电池 化学工程 Nafion公司 聚(3,4-亚乙基二氧噻吩) 催化作用 导电聚合物 电化学 图层(电子) 聚合物 电极 纳米技术 复合材料 化学 有机化学 工程类 物理化学
作者
Yujiao Sun,Xiuping Zhang,Cong Wang,Xiaofang Bai,Fan Li,Jiantao Fan,Shaoyi Xu,Hui Li
出处
期刊:Journal of Power Sources [Elsevier BV]
卷期号:586: 233678-233678 被引量:6
标识
DOI:10.1016/j.jpowsour.2023.233678
摘要

Reducing iridium loading in membrane electrode assembly (MEA) without sacrificing electrochemical performance plays a critical role in lowering the cost of proton exchange membrane water electrolyzers. However, low Ir loading often results in insufficient percolation of IrO2 particles and high interfacial resistance between the catalyst layer and the porous transport layer, causing reduced electrochemical performance and long-term durability issues. Herein, a MEA incorporating the conductive polymers of poly(3,4-ethylenedioxythiophene): poly(styrenesulfonate) (PEDOT:PSS) as a binder and dispersant is investigated under 0.3 mgIr cm−2 loading. The zeta potential and morphological experiments confirm that the incorporation of PEDOT:PSS to the catalyst ink can improve the ink stability, reduce the catalyst particle size and create more pores in the catalyst layer. The MEA using a 1:1 ratio of PEDOT:PSS to Nafion achieves an enhanced current density of 1.68 [email protected] A cm−2 at 80 °C (vs. a MEA using Nafion only, 1.75 [email protected] A cm−2). The Raman results indicate that the PEDOT in the presence of Nafion exhibits a more conductive quinoid resonance structure than PEDOT. In situ durability testing of the MEA for over 800 h demonstrates a degradation rate of 48.7 μV h−1 at 1.0 A cm−2 and 80 °C.
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