Residual Faraday Efficiency Enabling Interpretable Data-Driven Optimization of Mass Transport for CO2 Electroreduction

残余物 法拉第笼 材料科学 计算机科学 工艺工程 环境科学 化学 物理 算法 工程类 量子力学 磁场
作者
Hengshuo Huang,Jiewen Xiao,Xiaoxuan Sun,Junyi Li,Ziting Fan,Yong Zhao,Xueda Ding,Xin Zi,Ruijin Zeng,Min Liu,Lei Wang,Fengwang Li,Aoni Xu,Mingchuan Luo
出处
期刊:ACS energy letters [American Chemical Society]
卷期号:10 (9): 4260-4268 被引量:2
标识
DOI:10.1021/acsenergylett.5c02021
摘要

Gas diffusion electrodes (GDEs) are critical for gas-involved electrocatalysis, where the system efficiency hinges on balancing between electrocatalysts and mass transport. While machine learning (ML) has emerged as a powerful tool to search for efficient electrocatalysts, it lacks response variables to describe mass transport effects in GDEs. Here, we propose residual Faradaic efficiency (res-FE), derived by subtracting the potential-dependent mean FE from apparent FE values, to isolate porosity-mediated mass transport effects that are otherwise obscured by kinetic dominance in conventional metrics. Combining computational fluid dynamics simulations, interpretable ML, and multiobjective genetic algorithms, we establish the GDE porosities to CO2 reduction on Ag catalysts. ML interpretability based on res-FE uncovers a uniform distribution of porosities and overpotential─insights unattainable through apparent FE. Our optimizations further identify Pareto-optimal solutions balancing FE, partial current density, and energy efficiency across operational potentials, which reveal distinct porosity thresholds for gas diffusion layers (0.72–0.78) and catalyst layers (0.64–0.66).
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