Durability limitando factores AEM (anion commutationem membrana) aqua electrolysis in pura aquae

Diuturnitatem pura aqua pavitAemwesest relative humilis. Hoc est nuntiavit quod cellula voltage of spinel Ferrite-catalyzed aemwes auctus a 1.6 V ad 1.75 V in III h apud CC MA / CM2 et locus temperatus, cum (IV) C in CM2 et in Rotable Stable (IV) C in Rotating Orbis (RDE) experimentum. Est etiam nuntiavit quod intentione Iridium cadmiae catalyzed Aemwe aucta a 1.75 V ad 2.3 V in XXXV h apud CC MA / CM2 et L ° C, cum non observantiam, nonnulli degradation of Piperidinium, etsi non videntur, quod non vidit, et non vidit, quod non vidit DainAemsemsIn post-defectum sample testis.

Cum Aemwe est operated cum modo fluit pura aqua sine additional liquida electrolyte, in diuturnitatem limitando elementum ex pura aqua-pavit Aemwe non ad alkaline stabilitatem et in Current density operating et ad altum et ad altum operating et in intentione et ad altum operating et ad altum et ad altum operating in Voltage et Current DensityElectrolyzer. In hoc articulum, nos de duabus factoribus terminum diuturnitatem, nimirum, membrana effusione et veneficii sub altumElectrolyzerVoltage et princeps current density conditionibus. Hi membrana actis degradations sunt accelerated sub alto electrolyzer voltage et princeps current density conditionibus.

1.Ition membrana effusione de catalyst Superficies

Non est inventus quod super tempus, ad effundendum in Ion membrana a catalyst superficie ducit ad perficientur degradation. In experimenta, quaternized Polystyrene ionomers cum altum IEC sunt ad amplio Aemwe perficientur, etElectrolyzerUsing TMA-LXX ionomer (IEC = 3.3 MEQUV / G) pervenit ad current densitas 2.4 a / CM 2.0 V et LXXXV ° C (Figure 1a).

Tamen observariCatalyst particulasEt fluedhed ex anode et cathode exitus fluit, significans quod princeps IEC membrana potuit stabiliter fix ad Catalys particulas in electrode in continua operatio. Ut effectus, in vita de Aemwe usura TMA-LXX membrana erat solum VII h (Figura 1b). Ad inferioribus operating temperatus (LX ° C), quod vinculum robur membranae esset melius et diuturnitatem pervenit circa XII h. Ad redigendum in perficientur damnum, in vinculum vires in Ionomer ulterius cum usus est cum eodem genus Ionomer ad inferiorem IEC (TMA-LIII, IEC = 2.6 mquiv./g). At in operating temperatus de LX ° C, initial voltage of electrolyzer erat ~ CC MV altior, sed altilium vita erat significantly auctus ad (IV) C H, et degradation rate est valde reducitur, quod est in statera inter perficientur et diuturnitatem. Nam Ionomers cum altum IEC values ​​et altum aqua effusio, detractione ad Ionomer ligans est quaestio. Sub plene hydrated conditionibus, hi ionomers magnam magnitudinem varietates, quae infirmitates adhaesionem Ionomers ad catalyst superficiem.

Ionomer effusione per Gas dimittere est gravibus in pura aqua-pavit Aemwe quia catalyst, electrolyte interface area pura aqua-pavit Aemwe est relative parva. Ideo Gas release est inaequale ad datum current density (Figura 1C). Cum autem Gas permeability Polymer materiae est multo minus quam ut de Koh solution, difficile est celeriter removere volatilized Gas a catalyst, electrolyte interface sub magno current operationem conditionibus. Cum Pemwe, Ionomer effusione per bullae est magis verisimile fieri in Aemwe quia Gas permeability hydrocarbon Quindernized Ionomers est inferior et adhaesionem multo minus debitum ad nimia tumor in aquis. In cellula voltage de Aemwe operated ad C ma / cm2 manebat firmum ad C h, cum cellula defecit in XL h cum operated ad CCC MA / CM2, indicando quod altius Aemwe Aemwe. Similar results sunt in pura aqua-pavit Aemwe Catalyzed by Nickel ferrum hydroxide.

Figura I: perficientur-diuturnitatem commercia-off de pura aqua infusum Aemwe.

Praecipua: (AEM: SES-TMA (XXXV μm densissima); Ion membrana: LV, LV, Anode: Iro2 (2.5 MG / CM2) Cathots PTRU / CMC) Los Los Alamos National Laboratory)

(A) effectus IEC de Ionomer in perficientur;

(B) effectum IEC de Ionomer in longa-term perficientur. AEM: HTMA, Dapp (26um densissima); Anode Anode: Iro2 (2.5mg / CM2); Cathode: nife Nanofoam (3mg / CM2).

(C) schematic diagram de Gas release ad High current density pro pura aqua-pavit et liquida electrolyte-pavit Aemwe.

(D) effectus de current density in longa-term perficientur.

Strategy mitigare degradationem per membrana effusione est utuntur membranae humilitatem IEC values ​​et operatur humilis operating temperaturis, licet perficientur expectatur valde reducitur. Vel altum Ionomers humili moderari aqua effusio potest etiam developed. Polymer synthesis consilia ad consequi humilis aqua effusio tumentes hydrophobic ionomers includit introduction of polycations, polaris interactiones et crucem-vinculum.

Primo humili aqua effusio conductivity Quindernized Ionomers humilis, quod reducit hydrogenii generation rate. Secundo, in introductio polycations et Suspendisse coetus interactiones in quaternised Polymers plerumque reduces chemical stabilitatem Ionomers. Tertio, in synthesis processus altus IEC Ionomers humilis aqua effusio potest esse magis complicated et pretiosa. Alius fieri potest aditus est ut dispersants ad augendae robur membranae. In generali, non-aqueum dispersants auget torquem entanglement of ionicae coetus-fingalized polymers, ita improving adhaesionem et mechanica robustness membranae. Using melius dispersants potest etiam facere membrana magis aequaliter distribui in electrode, faciens ad Gas dimittere magis uniformis et improving stabilitatem in altilium sub magno current conditionibus. Reducing magnitudinem Catalyst Nanoparticles quoque adjuvat ad distributionem Gas evolution reactionem magis uniformis.

2.ionomer veneficii

Sub dolor evolutione potentiale, in adsorbed phenyl in membrana subit electroChemical oxidatio, quod est unus de maxime prominent exortum limiting factors de pura aqua-pavit Aemwe. It was observed that phenol compounds (the conjugate base of phenol) in benzyltrimethylammonium hydroxide (BTMAOH) solution contacted the iridium oxide catalyst surface after 100 hours of contact with the reversible hydrogen electrode [RHE] at a voltage of 2.1V. Hoc etiam dictum est quod formatio phenol etiam occurs ad oxygeni reductionem potentiae (> 0.6 V), quod habet adversa effectus in vita Aemfc (Anion cella).

In generali, in electroChemical oxidatio de phenyl coetus est nocet ad electrolyers quam cibus cellulis quod operating voltage de Aemwe Anode (1.4-2.2 V) multo altior quam operating voltage of aemfc cathode (0.6-1.0 V). Figura 2a exponit electroChemical oxidation processus of phenyl coetus. Et electrochemical oxidatio processus incipit cum adsorption de phenyl coetus in Ionomer. Cum Carbon Corrodia ad High Oer potentiae, typical Aemwes non ipsum component in anode.

Tamen, quod est provocantes ad Ionomers ad esse omnino liberum de Phenyl coetus. Et phenyls in coetibus in Ionomers sunt facile adsorbed in catalyst superficiei debitum ad bonum commercium aromaticae π electrons de phenyl coetus cum electronic nubes in circuitu metallum atomorum. In Adsorption Energy De Phenyl fragmentorum in Ionomer backbone in platinum superficies est etiam altius quam de benzene. Semel in phenyl coetus sunt adsorbed in catalyst superficiem (gradus I), ad adsorbed phenyl coetibus oxidized et convertit in phenol (gradus II).

Dum Typical Carbon Corrosio generat ipsum dioxide (finalis carbon corrosio uber) ad typical CORNICULUM potentiae, in 1,4-substitutis phenyl ad Maleic acidum ad generate carboni dioxide, sed non retinuit ut generate componit. Et generatae phenolic protons sunt efficaciter Deprotonated per hydroxide ions de Quadernary Ammonium ad corrumpere alkaline medium (gradus III). Et Pka values ​​de II-phenylphenol et 2,2'-biphenol sunt 9.6 et 7.6 respectively.

Figura 2a: Schematic diagram de electroChemical benzene oxidation, hydrogenation et catione hydroxide, aqua co-adsorption degradation mechanism.

Cum electroChemical oxidatio occurs via ad Phenyl coetibus adsorbed in superficiem Oer Catalyst, in ADSORPTIONPTIONGIUM de PHANY coetus in superficies in Oer catalyst ludit a crucial partes in degradation processus. Density Eget doctrina (DFT) invenitur quod ad advorption navitas de phenyl coetibus in Btmaoh Orried parallel ad iridium cadmiae superficiem (1.2 ~ 2.2 ev 1.6 V) est altior quam de La0.85sr0.15Co3 perovskite Catalyst. RDE data sunt ad rationem data, i.e., in phenyl oxidatio rate in iridium cadmiae superficiem est de ter superior quam in perovskite Catalyst superficie. Figura 2b ostendit quod diuturnitatem de iridium cadmiae et perovskite, catalyzed Aemwe usura HTMA Dapp Ion membranam. In cellula voltage of iridium cadmiae, catalyzed Aemwe auctus cursim ex 1.7 V ad 2.1 V in primo V h de operatione. Contra, perovskite, Catalyzed Aemwe tenuit a firmum voltage of ~ 1.8 V super C h.

Figura 2b: Short-term diuturnitatem pura aqua La0.85sr0.15CO3 aut Iro2, Catalyzed Aemwes.

Notes: AEM, HTMA, Dapp (XXXV μm densissima); Ionomer: HTMA, Dapp; Anode: La0.85sr0.15COO3 (II mg / cm2) vel Iro2 (I mg / cm2); Cathode: PT / C (0.6 MGPT / CM2). Diuturnitatem est metiri ad ambientium pressura

A mitigation belli degradation per electroChemical oxidatio de phenyl est uti oer catalysts humilis phenyl adsorption industria. Etsi ad ADSORPTIONGPTIONPTIONGMPTIONGMPTION PHANY in transitus metallum superficiebus ut platinum, Palladium aut iridium est relative altum, allymatsping catalysts potest significantly reducere ad d-cohortem mutantur in electronic structuram in d-cohortem centro. Exempli gratia, in phenyl adsorption navitas BTMA parallela ad PT superficiem est -2.30 ev, cum in phenyl adsorption navitas BTMA parallela ad Pt1ru1 superficies est -1.30 EV. Ut ostensum est in Figura 2b, perovskite Catalyst habet minimal phenyl adsorption superficies characteres, quae est utilis pro longa-term operatio sine multum perficientur damna. Praeterea, peroxide Catalyst habet humilitatem dependet in PH, quod potest esse utile ad perficientur de pura aqua-pavit Aemwe. Alius aditus est ut Polymer Electrolytes cum inferioribus Phenyl adsorption vires. Quaternized Polyolefins habent inferioribus adsorption vires quam quaatternised Polyaromatics. Non-rotatable phenyl coetus (ut fluorene vel carbazole) habere inferioribus adsorption energium quam rotatable phenyl coetibus (ut Biphenyl).

Figure 2C comparat brevi-terminus morum trium meas paratus a AEM et Ionomers cum diversis phenyl ADSORPTIONGMONTIONS, ex quibus effectus electroChemical oxidatio de Phenyl coetus in diuturnitatem Aemwe potest videri. Primum Mea utitur HTMA-Dapp pro tum AEM et Ionomer. HTMA, Dapp continet Biphenyl et Terpherny unitatibus in pelagus catenam, ita et electroChemical oxidatio de Phenyl coetus est altior. Secundum Mea factum est cum trimethylalkylammonium functura poly (styrene-ethylene-styrene) tribulatio copolymer (ses-tma) Aem et HTMA, Dapp ionomer. Et Ses-TMA AEM habet non phenyl coetus in eius polymer backbone, ita benzene oxidatio est humilis. Tertium Mea factum est cum aem et aem et quaterernitas Poly (flvorne) ionomer (fln55).

Figura 2C: eget structurae polymer electrolytes propter benzene oxidatio studiis.

Poly (Fluorene) Ionomerers non-rotatable phenyl coetibus ut minimize Phenyl oxidatio. In perficientur de mea usura htmadapp sicut et AEM et Ionomer cursim degradatus in primo quinque horas operandi debitum ad phenyll oxidatio de Ionomer et AEM. In mea usura in SES-TMA AEM et HTMADAPK ionomer paulatim degraded super LXXX horis. Tardius degradation hoc mea est ex tardius rate of benzene oxidatio de interdeiffiffd Ses-TMA et HTMA, Dappe Phases in electrode quam HTMA-Dapp Mea. In contrarium, in Mea cum SES-TMA AEM et fln55 Ionomer ostendit relative firmum perficientur in LXXX h in eodem operating conditionibus.

Hydrogenation of Ion membrana fragmenta et exaggeratus cationem-hydroxide-aqua co-adsorption potest ducere ad deactivation eius electrocatalyssts, ita afficiens fabrica perficientur et diuturnitatem (Figura 2a). Licet Hydrogenation Cathode Ion Binding Aemwe non est systematice studied in uno cell campester, hydrogenation benzene, ketone, et olefin componit in nobili metallum-fundatur catalysts bene documentum. Cumulativo hydroxide adsorption potest reducere aqua ingressu ad Catalyst superficiem ex humili aquam solubility summe conuenerunt hydroxide Ion membrana layer. Sed cumulativo hydroxide adsorption maxime occurrit in Hor potentia, quae est circa 0.1 v comparari ad Rhe, ita et impulsum sit minor quam alius Ion membrana veneficii.

Tum diuturnitatem limitandi factors de pura aqua-pavit Aemwe sunt ad Ion ligans. Degradationem pura aqua pascitur Aemwe procedit aut degradation via, ut membrana non cadunt ex electrocatalstallst superficiem cum caret adhaesionem, membrana veneficii occurs ut membrana adhaeret, membrana veneficii occurs ut membrana adhaorb in Oer Catalyst superficie. Ob ad commercia-off inter perficientur et diuturnitatem, altius diuturnitatem potest etiam esse effectum ad minus hydrogenii productio rates, significans quod Achieving et altum perficientur et diuturnitatem pura aemwe Aemwe potest esse a ingens technica provocationem ad developing aemwe potest esse a ingens technica challenge ad developing aemwe potest esse a ingens provocare ad developing aemwe potest esse a ingens technica provocationem ad developing aemwe potest esse a ingens technica pro developing aemwe sit in commercium est in provocationem ad developing aemulantur et aegre.