Marcelo Carmo教授 AEM：探索用于电化学水分解的表层钛纤维的界面- 大数跨境

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Marcelo Carmo教授 AEM：探索用于电化学水分解的表层钛纤维的界面

科学材料站

2021-04-09

导读：该工作首次展示了如何调整PTLs，使其界面在实际电解条件下保持良好的保护和抗腐蚀能力，时间约为4000小时。

文章信息

电化学分解水用表层钛纤维界面的探索

第一作者：Chang Liu

通讯作者：Marcelo Carmo*

单位：JülichGmbH研究中心

研究背景

社会正朝着广泛使用可持续能源转换装置的方向快速发展，例如用于电力转换成气体应用的聚合物电解质膜(PEM)水电解槽。这些电化学系统用于确保可再生能源地区的弹性电力管理，可再生能源因其性质而具有间歇性。电解水机所用部件的耐用性和整体工艺效率的限制是大规模部署这些设备的主要障碍。

因此，需要大力发展储能应用，以实现快速和显著的市场渗透。当处理由一系列功能层组成的电化学装置时，例如电池、燃料电池、太阳能电池、电解槽、和超级电容器、在适当稳定组装元件、材料和部件之间产生的界面方面仍然存在根本性挑战。

在此，我们首次局部观察了质子交换膜电解槽中材料之间的纳米级变化和相互作用，重点关注最重要的界面之一，即多孔传输层和电极之间的界面。我们的结果证明了优化的PTL/电极界面对分水电池的性能和耐用性的巨大影响。

文章简介

基于此，JülichGmbH研究中心Marcelo Carmo教授在Advanced Energy Materials (影响因子：25.245)上发表题为“Exploring the Interface of Skin‐Layered Titanium Fibers for Electrochemical Water Splitting”的研究工作。

该工作首次展示了如何调整PTLs，使其界面在实际电解条件下保持良好的保护和抗腐蚀能力，时间约为4000小时。还证明了未受保护的PTLs的故障是由阳极催化剂层上超出氧化铱稳定性预期影响的额外致命降解机制引发的结果。

现在，在长时间的运行中，使用具有适当保护的较便宜的PTL，可以在水电解槽中获得优异的耐用性和效率，这可以通过本工作中不同元件、材料、层和部件之间的界面的详细重建来解释。

本文要点

要点一：该工作与先前的理解相反，在铱涂层的PTL上形成< 10纳米的铱氧化物层后，大块铱以其金属状态保存，在整个测试中保持非常稳定。铱下面的钛氧层没有进一步钝化，与未受保护的PTL形成对比，从而防止电池经历严重的退化。

要点二：结果还表明，未受保护的铂催化剂会导致阳极催化剂层的严重损伤，当使用未涂覆的铂催化剂时，会观察到严重的失活。

要点三：该工作第一次能够识别和解释在电极上发生的降解效应，这种降解效应是由水电解槽的普通电解槽结构中存在的二次成分引起的。这些信息将有助于研究人员识别其他降解机制，并为这些电化学装置开发更好的加速应力测试。更重要的是，活性和稳定的表层纤维不仅有助于降低与钛组件相关的成本，还提供了延长器件寿命的途径，抵消了PGM基催化剂的高成本。

文章链接

Exploring the Interface of Skin‐Layered Titanium Fibers for Electrochemical Water Splitting

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202002926

通讯作者介绍

Marcelo Carmo 能源与气候研究所（IEK14）的执行主任。

自2016年以来担任IEK-14电化学电解系主任。他于2008年获得圣保罗大学博士学位。他于2008年至2009年在圣保罗技术研究所担任博士后研究员，于2011年至耶鲁大学担任博士后研究员，并于2014年在耶利赫Forschungszentrum担任博士生。许多机构的访问学者，例如巴西的IPEN和IPT，德国的HIAT和达姆施塔特工业大学，瑞士的Paul Scherer研究所以及美国的国家可再生能源国家实验室– NREL。

他目前的研究兴趣包括水电解槽的基础和应用方面。他的工作是例如了解电催化剂的结构和动力学，即了解表现出高性能和耐久性的电极纳米/微结构之间的关系。它还包括高级表征方法的开发和与催化剂涂层膜（CCM）的新型体系结构有关的按比例放大方面的评估。正在进行的工作的重点包括在PEM电解槽中引入低贵金属负载的CCM，对穿过聚合物电解质膜的气体渗透性的严格评估，以及阐明电池组件的降解机理和老化行为。这些努力对于设计下一代水电解槽的制氢过程具有重要意义。

https://www.fzjuelich.de/iek/iek14/EN/UeberUns/Ansprechpartner/Heads%20of%20Department/carmo_person_2015.html?nn=2539698