Ampere-level membrane-less water electrolysis enabled by rose-petal-effect-mimetic interface

电解 电解水 电流密度 电极 材料科学 气泡 润湿 电解质 化学工程 化学 复合材料 机械 工程类 生物化学 量子力学 物理 物理化学
作者
Kai Deng,Hao Feng,Ying Zhang,Dong Liu,Qiang Li
出处
期刊:Joule [Elsevier]
卷期号:7 (8): 1852-1866 被引量:13
标识
DOI:10.1016/j.joule.2023.06.010
摘要

Summary

To maximize product purity, current density and efficiency has never been demonstrated simultaneously for the membrane-less water electrolyzers that eliminate the use of a membrane or a diaphragm, as well as their unfavorable issues. Here, we successfully addressed the trade-offs by leveraging the rose-petal-effect-mimetic (RPEM) design strategy. We mimicked nature by alternating water-repellent and water-adhesive building blocks; the resultant RPEM electrode is in the Cassie-impregnating wetting state, which is ideal for efficient bubble-less gas evolution reactions. A bubble-less HER at a current density of 4.2 A cm−2, one order of magnitude larger than that of any known bubble-less electrodes, was demonstrated by the RPEM electrode. Based on this, we further constructed the RPEM electrolyzer and demonstrated membrane-less water electrolysis at 1 A cm−2 current density, simultaneously with 61.5% electrolysis efficiency and 0.003% hydrogen crossover, remarkably outperforming the state-of-the-art membrane-less water electrolyzer.
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