Integrated Reference Electrodes in Anion-Exchange-Membrane Electrolyzers: Impact of Stainless-Steel Gas-Diffusion Layers and Internal Mechanical Pressure

阳极 耐久性 阴极 电极 材料科学 极化(电化学) 膜电极组件 气体扩散 浓差极化 复合材料 参比电极 化学 电解质 生物化学 物理化学
作者
Qiucheng Xu,Sebastian Z. Oener,Grace Lindquist,Hao Jiang,Chunzhong Li,Shannon W. Boettcher
出处
期刊:ACS energy letters [American Chemical Society]
卷期号:6 (2): 305-312 被引量:133
标识
DOI:10.1021/acsenergylett.0c02338
摘要

Alkaline-membrane electrolyzers operating in pure water might provide scalable low-cost H2 production but currently lag in performance and durability compared to commercial technologies. Typically, membrane-electrode assemblies (MEAs) are optimized in electrolyzers by changing one parameter at a time and assessing the resulting system performance via two-electrode polarization and impedance measurements. These approaches are limited in their ability to assign performance changes and durability to specific electrodes or processes. We integrate a reference electrode with the MEA to separate anode and cathode responses in both polarization and impedance measurements. We illustrate the power of the approach by showing how the fiber diameter of stainless-steel gas-diffusion layers (GDLs) affects performance solely at the anode, while changing the thickness of the cathode GDL simultaneously affects the performance of the anode and cathode due to changes in internal pressure from mechanical compression. This finding was obscured in conventional two-electrode measurements. The work thus guides both high-performance alkaline-membrane water-electrolyzer development and illustrates a useful strategy to study structure-activity relationships in the MEA.
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