Ordered Membrane Electrode Assembly with Drastically Enhanced Proton and Mass Transport for Proton Exchange Membrane Water Electrolysis

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作者
Bin Tian,Yali Li,Yiyang Liu,Fandi Ning,Xiong Dan,Qinglin Wen,Lei He,Can He,Min Shen,Xiaochun Zhou
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:23 (14): 6474-6481 被引量:85
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.3c01331
摘要

In this work, an ordered membrane electrode assembly (MEA) based on a cone Nafion array with gradient Nafion distribution, tightly bonded catalytic layer/proton exchange membrane (CL/PEM) interface, and abundant vertical channels has been engineered by an anodic aluminum oxide template and magnetron sputtering method. Benefiting from a highly efficient CL/PEM interface, plentiful proton transfer highways, and rapid oxygen bubble release, this ordered MEA achieves an ultralow Ir loading of 20.0 μg cm–2 and a high electrochemical active area by 8.7 times compared to traditional MEA with Ir loading of 1.0 mg cm–2. It yields a mass activity of 168 000 mA mgIr–1 cm–2 at 2.0 V, which is superior to most reported PEM electrolyzers. Notably, this ordered MEA maintains excellent durability at a current density of 500 mA cm–2. This work opens a simple, cost-effective, and scalable route to design ordered MEAs for proton exchange membrane water electrolysis.
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