Bubble management in PEM water electrolysis via imprinting patterned grooves on catalyst layer

过电位 气泡 材料科学 电解 质子交换膜燃料电池 电流密度 电解水 碱性水电解 成核 分解水 化学工程 纳米技术 电化学 电极 催化作用 电解质 机械 热力学 化学 生物化学 物理 物理化学 量子力学 光催化 工程类
作者
Shu Yuan,Congfan Zhao,Xiaohan Mei,Shuiyun Shen,Qian Wang,Xiaohui Yan,Junliang Zhang
出处
期刊:International Journal of Heat and Mass Transfer [Elsevier BV]
卷期号:212: 124249-124249 被引量:37
标识
DOI:10.1016/j.ijheatmasstransfer.2023.124249
摘要

The demand for cost reduction in proton exchange membrane water electrolyzer (PEMWE) is driving it to increase the operating current density and higher current densities require better bubble management. In this work, we demonstrate that introducing patterned grooves to the catalyst layer surface (CL) is able to enhance the bubble evolution and improve electrolyzer performance. The patterned grooves microstructure on CL provides additional bubble nucleation sites and faster bubble evolution. Smaller average bubble size and higher bubble detachment frequency during water electrolysis are observed through a bubble evolution visualization system and further confirmed by a frequency analysis method. In addition, patterned grooves also improve the hydrophilicity and aerophobicity of CL surfaces. In the PEM water electrolyzer cell, the patterned grooves on CL boost the cell performance and reach high current densities up to 5.0 A cm-2. With better bubble management, patterned grooves significantly reduce the mass transport overpotential at each current density. At 5.0 A cm-2, the mass transport overpotential is reduced by 59%. This work provides a new idea of bubble management in PEMWE and is highly informative for designing CLs for PEMWE and other gas-evolving electrochemical energy conversion applications.

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
1秒前
孤独千愁完成签到,获得积分10
2秒前
烟花应助东方诩采纳,获得10
2秒前
saflgf完成签到,获得积分10
2秒前
wanci应助归燕采纳,获得10
2秒前
BBzc发布了新的文献求助10
2秒前
FashionBoy应助RONNIE采纳,获得10
2秒前
2秒前
2秒前
3秒前
萤火虫完成签到,获得积分10
4秒前
4秒前
哈哈嗝发布了新的文献求助10
4秒前
你嵙这个期刊没买应助hqy采纳,获得20
4秒前
隐形曼青应助开心的雁芙采纳,获得10
4秒前
小黑完成签到,获得积分10
5秒前
科研通AI6.3应助呼啦啦采纳,获得10
5秒前
Jimmy发布了新的文献求助10
6秒前
huahua发布了新的文献求助10
6秒前
月兮2013发布了新的文献求助10
6秒前
6秒前
匹诺曹发布了新的文献求助10
6秒前
萤火虫发布了新的文献求助10
7秒前
LSHS发布了新的文献求助10
7秒前
sheng杜笙笙完成签到,获得积分10
7秒前
7秒前
7秒前
8秒前
8秒前
爱喝药的大郎完成签到,获得积分10
8秒前
半枝山栀发布了新的文献求助10
8秒前
hugeyoung完成签到,获得积分10
8秒前
香蕉觅云应助dsfsd采纳,获得10
8秒前
9秒前
Qing完成签到,获得积分10
9秒前
10秒前
里予发布了新的文献求助10
10秒前
10秒前
10秒前
Jasper应助Ferry采纳,获得10
11秒前
高分求助中
Clinical Epidemiology: The Essentials, 6e 10000
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
The Graphene Handbook (2019 Edition) 800
Adhesion Science: Principles & Practice 800
Signals, Systems, and Signal Processing 610
IEST-RP-CC018: Cleanroom Cleaning and Sanitization: Operating and Monitoring Procedures 600
Fundamentals of Pharmaceutical and Biologics Regulations: A Global Perspective, Second Edition 600
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 物理 内科学 复合材料 催化作用 物理化学 光电子学 电极 细胞生物学 基因 无机化学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 6539791
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 8331088
关于积分的说明 17852241
捐赠科研通 5644699
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2935929
邀请新用户注册赠送积分活动 1912063
关于科研通互助平台的介绍 1772700