Ni–Co-BASED ELECTRODES FOR OXYGEN EVOLUTION REACTION IN ALKALINE WATER ELECTROLYSIS

Capa

Citar

Texto integral

Acesso aberto Acesso aberto
Acesso é fechado Acesso está concedido
Acesso é fechado Somente assinantes

Resumo

An original method for producing Ni–Co electrodes is proposed in this paper. The electrochemical behavior of these electrodes was studied in an alkaline electrolysis cell. It was found that the obtained electrodes exhibit catalytic activity with respect to the oxygen evolution reaction, reducing the overvoltage of this process, for example, at high current densities and a temperature of 85°C by 390 mV compared to the Ni electrode. The advantage of the obtained electrodes is the absence of any coating on their surface that can peel off during operation, leading to irreversible degradation of the electrode. The studied Ni–Co electrodes were tested in 6 M KOH at a temperature of 85°C and a current density of 300 mA/cm2, i. e. under conditions as close as possible to operating conditions for alkaline electrolyzers for 500 hours. It was shown that after the tests, the electrode surface remained without visible signs of degradation such as cracking, delamination and other mechanical damage. At the same time, a small but irreversible increase in voltage is noted on the volt-ampere characteristics, which may indicate a decrease in the catalytic properties of the electrode surface.

Sobre autores

V. Kuleshova

National Research University “Moscow Power Engineering Institute”, Moscow, Russia

Email: KurochkinSV@mpei.ru

S. Kurochkina

National Research University “Moscow Power Engineering Institute”, Moscow, Russia

Email: KurochkinSV@mpei.ru

N. Kuleshova

National Research University “Moscow Power Engineering Institute”, Moscow, Russia

Email: KurochkinSV@mpei.ru

M. Klimova

National Research University “Moscow Power Engineering Institute”, Moscow, Russia

Email: KurochkinSV@mpei.ru

O. Grigorieva

National Research University “Moscow Power Engineering Institute”, Moscow, Russia

Email: oksgrig@yandex.ru

Bibliografia

  1. Sebbahi, S., Assila, A., Belghiti, A.A., Laasri, S., Kaya, S., Hlil, El K., Rachidi, S., and Hajjaji, A., A comprehensive review of recent advances in alkaline water electrolysis for hydrogen production, Intern. J. Hydrogen Energy, 2024, vol. 82 (11), p. 583. doi: 10.1016/j.ijhydene.2024.07.428
  2. Kraglund, M.R., Carmo, M., Schiller, G., Ansar, S.A., Aili, D., Christensen, E., and Jensen, J.O., Ion-solvating membranes as a new approach towards high rate alkaline electrolyzers, Energy & Environmental Science, 2019, vol. 12, p. 3313. doi: 10.1039/C9EE00832B
  3. El-Shafie, M.I., Hydrogen production by water electrolysis technologies: A review, Results in Engineering, 2023, vol. 20, p. 101426. doi: 10.1016/j.rineng.2023.101426
  4. Emam, A.S., Hamdan, M., Abu-Nabah, B.A., and Elnajjar, E., A review on recent trends, challenges, and innovations in alkaline water electrolysis, Intern. J. Hydrogen Energy, 2024, vol. 20, p. 599. doi: 10.1016/j.ijhydene.2024.03.238
  5. Arsad, S.R., Arsad, A.Z., Ker, P.J., Hannan, M.A., Tang, S.G., Goh, S.M., and Mahlia, I.T.M., Recent advancement in water electrolysis for hydrogen production: A comprehensive bibliometric analysis and technology updates, Intern. J. Hydrogen Energy, 2024, vol. 60, p. 780. doi: 10.1016/j.ijhydene.2024.02.184
  6. Zou, Z., Dastafkan, K., Shao, Y., Zhao, C., and Wang, Q., Electrocatalysts for alkaline water electrolysis at ampere-level current densities: a review, Intern. J. Hydrogen Energy, 2024, vol. 51, р. 667. doi: 10.1016/j.ijhydene.2023.07.026
  7. Кулешов, Н.В., Коровин, Н.В., Удрис, Е.Я., Кулешов, В.Н., Бахин, А.Н. Разработка новых электрокатализаторов для низкотемпературного электролиза воды. Электрохимическая энергетика. 2012. Т. 12. № 2. С. 51. [Kuleshov, N.V., Korovin, N.V., Udris, E. Ya., Kuleshov, V.N., and Bakhin, A.N., Development of New Electrocatalysts for Low-Temperature Water Electrolysis, Electrochemical Power Engineering., 2012, vol. 12, no. 2, p. 51.]
  8. Lee, H.I., Cho, H., Kim, M., Lee, J.H., Lee, C., Lee, S., Kim, S., Kim, C., Yi, K.B., and Cho, W., The structural effect of electrode mesh on hydrogen evolution reaction performance for alkaline water electrolysis, Frontiers in Chemistry, 2021, vol. 9, p. 787787. doi: 10.3389/fchem.2021.787787
  9. Seetharaman, S., Balaji, R., Ramya, K., Dhathathreyan, K.S., and Velan, M., Electrochemical behaviour of nickel-based electrodesfor oxygen evolution reaction in alkaline water electrolysis, Ionics, 2014, vol. 20, p. 713.
  10. Schalenbach, M., Kasian, O., and Mayrhofer, K.J.J., An alkaline water electrolyzer with nickel electrodes enables efficient high current density operation, Intern. J. Hydrogen Energy, 2018, vol. 43, p. 11932. doi: 10.1016/j.ijhydene.2018.04.219
  11. Elsharkawy, S., Kutyła, D., Marzec, M.M., and Zabinski, P., Electrodeposition of hydrophobic Ni thin films from different baths under the influence of the magnetic field as electrocatalysts for hydrogen production, Intern. J. Hydrogen Energy, 2024, vol. 61, p. 873. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2024.03.045
  12. Chen, M. and Guan, J., Achievements and challenges in cobalt-based catalysts for water electrolysis, Chem. Eng. J., 2024, vol. 500, p. 157080. doi: 10.1016/j.cej.2024.157080
  13. Yang, F., Dong, G., Meng, L., Liu, L., Liu, X., Zhang, Z., Zhao, M., and Zhang, W., One-step electrodeposition of bifunctional MnCoPi electrocatalysts with wrinkled globular-flowers-like structure for highly efficient electrocatalytic water splitting, Intern. J. Hydrogen Energy, 2024, vol. 77, p. 589. doi: 10.1016/j.ijhydene.2024.06.235
  14. Guo, D., Wen, L., T., and Wang, Li, X., Electrodeposition synthesis of cobalt-molybdenum bimetallic phosphide on nickel foam for efficient water splitting, J. Colloid and Interface Sci., 2024, vol. 659, p. 707. doi: 10.1016/j.jcis.2023.09.173
  15. Lin, Y., Zhang, D., and Gong, Y., Ultralow ruthenium loading Cobalt-molybdenum binary alloy as highly efficient and super-stable electrocatalyst for water splitting, Appl. Surface Sci., 2021, vol. 541, p. 148518. doi: 10.1016/j.apsusc.2020.148518
  16. Liu, X., Guo, R., Kun, N., Xia, F., Niu, C., Wen, B., Meng, J., Wu, P., Wu, J., Wu, X., and Mai, L., Reconstruction-determined alkaline water electrolysis at industrial temperatures, Adv. Mater., 2020, vol. 32, p. 1. doi: 10.1002/adma.202001136
  17. MI, J. and Sun, X., Recent progress on earth abundant electrocatalysts for oxygen evolution reaction (OER) in alkaline medium to achieve efficient water splitting – A review, J. Power Sources, 2018, vol. 400, p. 31. doi: 10.1016/j.jpowsour.2018.07.125
  18. Jin, H., Ruqia, B., Park, Y., Kim, H.J., Oh, H., Choi, S., and Lee, K., Nanocatalyst design for long- term operation of proton/anion exchange membrane water electrolysis, Adv. Energy Mater., 2021, vol. 11, p. 1. doi: 10.1002/aenm.202003188
  19. Kuleshov, N.V., Kuleshov, V.N, Dovbysh, S.A., Kurochkin, S.V., Udris, E.Ya., and Slavnov, Yu.A., Polysulfone-based polymeric diaphragms for electrochemical devices with alkaline electrolyte, Russ. J. Appl. Chem., 2018, vol. 91, p. 930. doi: 10.1134/S1070427218060083
  20. Кулешов, В.Н., Кулешов, Н.В., Курочкин, С.В., Григорьева, О.Ю. Синтез и исследование электродно-диафрагменных блоков для щелочного электролиза воды. Электрохимия. 2022. Т. 58. С. 253. [Kuleshov, V.N., Kuleshov, N.V., Kurochkin, S.V., and Grigor’eva, O.Yu., Synthesis and Investigation of Electrode–Diaphragm Assemblies for Alkaline Water Electrolysis, Russ. J. Electrochem., 2022, vol. 58, p. 253.] doi: 10.1134/S1023193522060052
  21. Кулешов, В.Н., Курочкин, С.В., Кулешов, Н.В., Гаврилюк, А.А., Пушкарева, И.В., Климова, М.А., Григорьева О.Ю. Щелочной электролиз воды с анионообменными мембранами и катализаторами на основе никеля. Электрохимия. 2023. Т. 59. С. 735. [Kuleshov, V.N., Kurochkin, S.V., Kuleshov, N.V., Gavriluk, A.A., Pushkareva, I.V., Klimova, M.A., and Grigorieva, O.Y., Alkaline Water Electrolysis With Anion-Exchange Membranes And Different Types Of Electrodes, Russ. J. Electrochem., 2023, vol. 59, p. 915.] doi: 10.31857/S0424857023110105
  22. Якименко, Л.М., Модылевская, И.Д., Ткачек З.А. Электролиз воды. М.: Химия, 1970. С. 63. [Yakimenko, L.M., Modylevskaya, I.D., and Tkachek, Z.A. Electrolysis of water (in Russian), Moscow: Khimiya, 1970. p. 63.]

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML
Baixar

Declaração de direitos autorais © Russian Academy of Sciences, 2025

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».