3D Printed Stiff Nickel Scaffolds Enabling Strained NiZn Catalysts for Ultra High‐Rate Alkaline Hydrogen Evolution Reaction at 3 A cm −2

材料科学 过电位 催化作用 电催化剂 基质(水族馆) 电极 化学工程 吸附 电解 碱性水电解 分解水 纳米技术 电解水 弹性模量 析氧 电流密度 复合材料 电化学 模数 抗压强度 石墨烯泡沫 表面工程
作者
Huxiao Wang,Cong Wei,Wei Wang,Denghui Zhang,Guanhua Cheng,Gongming Wang,Tianyi Kou
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:16 (27) 被引量:2
标识
DOI:10.1002/aenm.71078
摘要

ABSTRACT In this work, we propose a mechanics‐guided reactive substrate design concept that utilizes the substrate's mechanical properties (Young's modulus and ultimate strength) together with ordered scaffold geometry to control both intrinsic and extrinsic factors governing ultra‐high‐rate alkaline hydrogen evolution reaction (HER) performances. To realize this concept, we fabricate selective laser melting (SLM) 3D printed nickel (SLMN) lattices with dense and solid struts that support high‐loading Ni─Zn catalyst growth while preserving compressive strain in the surface layer. The resulting Ni—Zn catalyst coated SLMN (SLMN‐NZ) electrodes combine strain‐tuned intrinsic activity with ordered channels for rapid bi‐modal electrolyte‐bubble transport, and resist bubble‐induced mechanical shock under ultra‐high‐rate conditions. For example, the strained NiZn surface brings an increased number of highly intrinsic active sites with * H adsorption energies approaching thermoneutrality. The SLMN‐NZ electrode delivers 3000 mA cm −2 at just 156 mV overpotential and sustains at this current density for 200 h. An SLMN‐NZ||SLMN‐NZ electrolyzer achieves 3000 mA cm −2 at 2.45 V and operates stably for 1500 h. These results establish substrate mechanics as an active design parameter for electrocatalyst construction and demonstrate a transferable route to scalable, stable, and ultra‐high‐rate alkaline water electrolysis.
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