High Performance and Durable Anode with 10‐Fold Reduction of Iridium Loading for Proton Exchange Membrane Water Electrolysis

材料科学 阳极 铱 电解 X射线光电子能谱 分解水 质子交换膜燃料电池 扫描电子显微镜 扫描透射电子显微镜 电解水 化学工程 电极 催化作用 复合材料 光催化 电解质 化学 物理化学 生物化学 工程类
作者
Jorge Torrero,Tobias Morawietz,Daniel García Sánchez,Dmitry Galyamin,M. Retuerto,Vlad Martin‐Diaconescu,Sergio Rojas,J. A. Alonso,Aldo Saul Gago,K. Andreas Friedrich
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:13 (23) 被引量:63
标识
DOI:10.1002/aenm.202204169
摘要

Abstract Proton exchange membrane water electrolysis (PEMWE) technology is especially advantageous for green H 2 production as a clean energy vector. During the water electrolysis process, the oxygen evolution reaction (OER) requires a large amount of iridium (2‐3 mg Ir cm −2 ) as catalyst. This material is scarce and expensive, representing a major bottleneck for large‐scale deployment of electrolyzers. This work develops an anode with 10‐fold reduction of Ir loading (0.2 mg Ir cm −2 ) compared to what it is used in commercial PEMWE for more than 1000 h. An advanced catalyst based on an Ir mixed oxide (Sr 2 CaIrO 6 ) is used for this purpose. Transmission electron microscopy (TEM), X‐ray photoelectron spectroscopy (XPS), and X‐ray absorption spectroscopy (XAS) analyses show that the unconventional structure of the reconstructed catalyst can contribute to the reduction of Ir in the catalyst layer. The reconfiguration of the ionomer in the catalyst layer is also observed by scanning electron microscopy (SEM) and atomic force microscopy (AFM), results in almost the full coverage of the catalytic layer with ionomer. The results presented herein demonstrate that it is possible to achieve high performance and stability in PEMWE with low Ir loading in the anode without showing significant degradation.
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