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3D imaging-informed electrode engineering for water splitting
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AI
DOI：10.1039/D6EE00290K.png)
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摘要
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气相泡积累限制了高电流密度下碱性水电解中多孔电极的质量传输。在此研究中，采用基于同步辐射的原位微CT和微观结构解析的格子玻尔兹曼方法模拟，揭示孔隙率和几何结构如何调控氢气泡脱落及两相传输在碱性水电解中的作用。研究发现，具有合理设计的有序孔隙结构的电极能够通过最小化气体滞留和促进连续电解质更新来实现高效质量传输。相比之下，商业镍泡沫由于孔隙率低，尽管比表面积较大，但表现出严重的气体积累和电极利用率低下。基于这些见解，我们3D打印了一种高度有序的方形网格电极，并在催化剂沉积后，在电流密度为2 A cm⁻²、电池电压为2.13 V的条件下实现了高效全水分解。该方法整合了原位微CT和格子玻尔兹曼方法模拟，为气相发生多孔电极提供了亟需的设计规则，并表明调控三维孔隙结构对先进的碱性水电解至关重要。
Keyword:
gas bubble accumulation
porous electrodes
alkaline water electrolysis
micro-CT imaging
lattice Boltzmann method
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