Design of bifunctional air electrodes based on the reaction fields between oxygen reduction reaction and oxygen evolution reaction

过电位 电解质 气体扩散电极 双功能 催化作用 电极 化学 析氧 氧气 扩散 化学工程 无机化学 电化学 物理化学 有机化学 热力学 物理 工程类
作者
Atsunori Ikezawa,Kazuhiko Seki,Hajime Arai
出处
期刊:Electrochimica Acta [Elsevier]
卷期号:394: 139128-139128 被引量:4
标识
DOI:10.1016/j.electacta.2021.139128
摘要

Large overpotential is one of the critical issues of bifunctional air electrodes for metal–air secondary batteries and alkaline regenerative fuel cells. To overcome this problem, construction of gas diffusion electrodes providing plenty amount of reaction fields for oxygen reduction and evolution are necessary. In this work, we investigate the reaction fields in the gas diffusion electrodes by comparing the oxygen diffusion resistances in the gas diffusion electrodes with different electrolyte solutions and catalyst layer thicknesses to improve the overpotential of the gas diffusion electrode. It is suggested that the reaction fields for oxygen reduction and oxygen evolution concentrate on the air side and the electrolyte sides of the catalyst layer, respectively. Based on this assignment, we fabricate a gas diffusion electrode where the oxygen reduction and evolution catalysts are, respectively arranged to the air and electrolyte sides of the catalyst layer. This electrode showed both lower overpotential and higher cyclability than those loaded the same catalysts with the opposed and mixed configuration. This result verifies the assignment of the reaction fields and shows the impact of the catalyst arrangement on the activity and the durability of the bifunctional electrodes.

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