Alkaline Water Electrolysis at 25 A cm−2 with a Microfibrous Flow‐through Electrode

材料科学 碱性水电解 电极 电解 制氢 超细纤维 化学工程 电解质 电解水 分解水 纳米技术 复合材料 催化作用 化学 物理化学 有机化学 工程类 光催化 生物化学
作者
Feichen Yang,Myung Jun Kim,Micah D. Brown,Benjamin J. Wiley
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:10 (25) 被引量:103
标识
DOI:10.1002/aenm.202001174
摘要

Abstract The generation of renewable electricity is variable, leading to periodic oversupply. Excess power can be converted to H 2 via water electrolysis, but the conversion cost is currently too high. One way to decrease the cost of electrolysis is to increase the maximum productivity of electrolyzers. This study investigates how nano‐ and microstructured porous electrodes can improve the productivity of H 2 generation in a zero‐gap, flow‐through alkaline water electrolyzer. Three nickel electrodes—foam, microfiber felt, and nanowire felt—are studied to examine the tradeoff between surface area and pore structure on the performance of alkaline electrolyzers. Although the nanowire felt with the highest surface area initially provides the highest performance, this performance quickly decreases as gas bubbles are trapped within the electrode. The open structure of the foam facilitates bubble removal, but its small surface area limits its maximum performance. The microfiber felt exhibits the best performance because it balances high surface area with the ability to remove bubbles. The microfiber felt maintains a maximum current density of 25 000 mA cm −2 over 100 h without degradation, which corresponds to a hydrogen production rate 12.5‐ and 50‐times greater than conventional proton‐exchange membrane and alkaline electrolyzers, respectively.
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