Direct Electrolytic Splitting of Seawater: Activity, Selectivity, Degradation, and Recovery Studied from the Molecular Catalyst Structure to the Electrolyzer Cell Level

材料科学 海水 电解 催化作用 电解质 化学工程 电解槽 阳极 电解水 阴极 电极 化学 海洋学 地质学 工程类 物理化学 生物化学
作者
Sören Dresp,Fabio Dionigi,Stefan Loos,Jorge Ferreira de Araújo,Camillo Spöri,Manuel Gliech,Holger Dau,Peter Strasser
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:8 (22) 被引量:214
标识
DOI:10.1002/aenm.201800338
摘要

Abstract Seawater electrolysis faces fundamental chemical challenges, such as the suppression of highly detrimental halogen chemistries, which has to be ensured by selective catalyst and suitable operating conditions. In the present study, nanostructured NiFe‐layered double hydroxide and Pt nanoparticles are selected as catalysts for the anode and cathode, respectively. The seawater electrolyzer is tested successfully for 100 h at maximum current densities of 200 mA cm −2 at 1.6 V employing surrogate sea water and compared to fresh water feeds. Different membrane studies are carried out to reveal the cause of the current density drop. During long‐term dynamic tests, under simulated day‐night cycles, an unusual cell power performance recovery effect is uncovered, which is subsequently harnessed in a long‐term diurnal day‐night cycle test. The natural day‐night cycles of the electrolyzer input power can be conceived as a reversible catalyst materials recovery treatment of the device when using photovoltaic electricity sources. To understand the origin of this reversible recovery on a molecular materials level, in situ extended X‐ray absorption fine structure and X‐ray near‐edge region spectra are applied.
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