碱性电解水用三维有序化膜电极的整体设计与制备

通过碱性电解槽生产氢气是解决严重能源危机的一种有前途的方法。然而，与质子交换膜（PEM）电解槽相比，具有碱性电解质或纯水的碱性电解槽的性能较差。在此，为了提高能量转换效率和耐久性，特别是在高电流密度下，基于具有独特垂直通道的高度多孔催化剂层（CL）、超薄膜层（ML）和3D CL/ML界面结构的新型三维（3D）有序膜电极组件（MEA）被纳米工程化用于碱性电解槽。得益于3D有序MEA整体设计构建的传质高速公路，在1 M KOH中的2.0 V电压下实现了4200 mA cm−2的高电流密度，这与其他性能最佳的碱性电解槽相比具有优势。此外，用纯水供给的碱性电解槽在2.0 V时的性能达到3100 mA cm−2。值得注意的是，用纯水注入的碱性电解器在1 a cm−2的高电流密度下可以保持600小时以上。通过揭示MEA结构和传质之间的关系，我们的工作为制备用于碱性电解槽的3D有序MEA开辟了一条简单、经济且可扩展的路线。