Ionomer-free and recyclable porous-transport electrode for high-performing proton-exchange-membrane water electrolysis

离聚物 材料科学 电解水 电极 电解 化学工程 多孔性 纳米技术 化学 电解质 复合材料 有机化学 聚合物 物理化学 工程类 共聚物
作者
Jason K. Lee,Grace C. Anderson,Andrew W. Tricker,Finn Babbe,Arya Madan,David A. Cullen,Jose D. Arregui-Mena,Nemanja Danilovic,Rangachary Mukundan,Adam Z. Weber,Xiong Peng
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:14 (1) 被引量:30
标识
DOI:10.1038/s41467-023-40375-x
摘要

Clean hydrogen production requires large-scale deployment of water-electrolysis technologies, particularly proton-exchange-membrane water electrolyzers (PEMWEs). However, as iridium-based electrocatalysts remain the only practical option for PEMWEs, their low abundance will become a bottleneck for a sustainable hydrogen economy. Herein, we propose high-performing and durable ionomer-free porous transport electrodes (PTEs) with facile recycling features enabling Ir thrifting and reclamation. The ionomer-free porous transport electrodes offer a practical pathway to investigate the role of ionomer in the catalyst layer and, from microelectrode measurements, point to an ionomer poisoning effect for the oxygen evolution reaction. The ionomer-free porous transport electrodes demonstrate a voltage reduction of > 600 mV compared to conventional ionomer-coated porous transport electrodes at 1.8 A cm-2 and <0.1 mgIr cm-2, and a voltage degradation of 29 mV at average rate of 0.58 mV per 1000-cycles after 50k cycles of accelerated-stress tests at 4 A cm-2. Moreover, the ionomer-free feature enables facile recycling of multiple components of PEMWEs, which is critical to a circular clean hydrogen economy.
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