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Contact Problems of IrOx Anodes in Polymer Electrolyte Membrane Water Electrolysis

电解质 电解 材料科学 电解水 聚合物电解质膜电解 离聚物 工作职能 阳极 氧化物 电极 制氢 化学工程 聚合物 纳米技术 化学 复合材料 图层(电子) 冶金 生物化学 物理化学 工程类 有机化学 共聚物
作者
Gisu Doo,Juseong Park,Jeesoo Park,Jiyun Heo,Jinkwan Jung,Dong Wook Lee,Hanmin Bae,Jonghyun Hyun,Euntaek Oh,Jiyun Kwen,Kyung Min Kim,Hee‐Tak Kim
出处
期刊:ACS energy letters [American Chemical Society]
卷期号:8 (5): 2214-2220 被引量:24
标识
DOI:10.1021/acsenergylett.3c00291
摘要

Green-hydrogen production by polymer electrolyte membrane water electrolysis (PEMWE) is limited by the use of expensive Ir-based catalysts, presenting a key challenge in achieving a low-IrOx-loaded membrane electrode assembly (MEA). Here, we investigate the abnormally poor performance and large high-frequency impedances in the ultralow-IrOx-loaded MEA (as low as 0.07 mg cm–2) for PEMWE. We reveal that these primarily originate from the electron transport problem in the native oxide on the Ti porous transport layer (PTL). Based on the metal–insulator band model, we conclude that the upward band bending by the Schottky contact with the high-work-function IrOx and the pinch-off effect by massive ionomer contact are the major causes of electron conductivity loss of the Ti oxide. This study highlights the importance of the catalyst/PTL interface and reveals that modulation of the catalyst work function and ionomer distribution is necessary to achieve high-performing but cheap water electrolysis.
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