Impact of Bubbles on Electrochemically Active Surface Area of Microtextured Gas-Evolving Electrodes

电极 气泡 材料科学 多孔性 纳米技术 电化学 化学工程 复合材料 化学 机械 物理 工程类 物理化学
作者
John R. Lake,Álvaro Moreno Soto,Kripa K. Varanasi
出处
期刊:Langmuir [American Chemical Society]
卷期号:38 (10): 3276-3283 被引量:31
标识
DOI:10.1021/acs.langmuir.2c00035
摘要

The adverse effects of electrochemical bubbles on the performance of gas-evolving electrodes have been extensively studied. However, the ways in which bubbles dynamically alter the electrochemically active surface area during bubble evolution are not well understood. Here, we study hydrogen evolution at industrially relevant current densities by using controlled microtexture to examine this fundamental relationship. Surprisingly, the most densely microtextured electrodes have the lowest performance on an active surface area basis. Using high-speed imaging, we show that the benefits of microtexture to release smaller bubbles more consistently are outweighed by the inactivation induced by bubbles growing within the denser microtexture, causing these performance limitations. Additionally, we show that the area beneath adhered bubbles is electrochemically active, contrary to currently held assumptions. Our study therefore has broad implications for electrode design to avoid ineffective use of precious catalyst materials, which is especially critical for porous electrodes and three-dimensional structures with high specific surface areas.
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