Orderly Nanodendritic Nickel Substitute for Raney Nickel Catalyst Improving Alkali Water Electrolyzer

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作者
Zexuan Zhu,Yuxing Lin,Fang Peng,Minshan Wang,Mingze Zhu,Xiuyun Zhang,Jianshuang Liu,Jingguo Hu,Xiaoyong Xu
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:36 (1): e2307035-e2307035 被引量:105
标识
DOI:10.1002/adma.202307035
摘要

The development of nonprecious metal catalysts to meet the activity-stability balance at industrial-grade large current densities remains a challenge toward practical alkali-water electrolysis. Here, this work develops an orderly nanodendritic nickel (ND-Ni) catalyst that consists of ultrafine nanograins in chain-like conformation, which shows both excellent activity and robust stability for large current density hydrogen evolution reaction (HER) in alkaline media, superior to currently applied Raney nickel (R-Ni) catalyst in commercial alkali-water electrolyzer (AWE). The ND-Ni catalyst featured by a three-dimensional (3D) interconnecting microporous structure endows with high specific surface area and excellent conductivity and hydrophilicity, which together afford superior charge/mass transport favorable to HER kinetics at high current densities. An actual AWE with ND-Ni catalyst demonstrates durable water splitting with 1.0 A cm-2 at 1.71 V under industrial conditions and renders a record-low power consumption of 3.95 kW h Nm-3 with an energy efficiency close to 90%. The hydrogen price per gallon of gasoline equivalent (GGE) is calculated to be ≈$0.95, which is less than the target of $2.0 per GGE by 2026 from the U.S. Department of Energy. The results suggest the feasibility of ND-Ni substitute for R-Ni catalyst in commercial AWE.
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