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Hydrogen production with seawater-resilient bipolar membrane electrolyzers

海水 生产(经济) 环境科学 化学工程 制氢 化学 材料科学 海洋学 地质学 经济 生物化学 工程类 有机化学 宏观经济学
作者
Daniela Marin,Joseph T. Perryman,McKenzie A. Hubert,Grace Lindquist,Lihaokun Chen,Ashton M. Aleman,Gaurav A. Kamat,Valerie A. Niemann,Michaela Burke Stevens,Yagya N. Regmi,Shannon W. Boettcher,Adam C. Nielander,Thomas F. Jaramillo
出处
期刊:Joule [Elsevier BV]
卷期号:7 (4): 765-781 被引量:70
标识
DOI:10.1016/j.joule.2023.03.005
摘要

Generation of H2 and O2 from untreated water sources represents a promising alternative to ultrapure water required in contemporary proton exchange membrane-based electrolysis. Bipolar membrane-based devices, often used in electrodialysis and CO2 electrolysis, facilitate impure water electrolysis via the simultaneous mediation of ion transport and enforcement of advantageous microenvironments. Herein, we report their application in direct seawater electrolysis; we show that upon introduction of ionic species such as Na+ and Cl− from seawater, bipolar membrane electrolyzers limit the oxidation of Cl− to corrosive OCl− at the anode to a Faradaic efficiency (FE) of 0.005%, while proton exchange membrane electrolyzers under comparable operating conditions exhibit up to 10% FE to Cl− oxidation. The effective mitigation of Cl− oxidation by bipolar membrane electrolyzers underpins their ability to enable longer-term seawater electrolysis than proton exchange membrane assemblies by a factor of 140, suggesting a path to durable seawater electrolysis.
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