东芝：新型交替水电解电极

主要内容：传统阳极Ir基粉末催化剂复合多孔电极PTL（表面镀Pt），价格高昂。新型交替催化层结构(ACLS)，由多个溅射沉积铱片和没有Pt涂层的气孔间隙组成。与粉末催化剂相比，ACLS电极在低铱负载下表现出较低的过电压，在7000h内几乎没有电压上升。

Introduction：与其他类型的水电解槽相比，PEM电解槽有几个优点，使其非常适合间歇性可再生能源的运行。这些优点包括响应速度快、占地面积小、能够产生比其他类型的电解槽更高的气体压力、以及抗启停循环的高耐久性。若采用阳极传统电极方案，1MW的PEM水电解需要1kg Ir，但Ir的年产能仅7t。

电极制备工艺：见图1右侧，造孔金属源是制备关键，这方面信息暂时缺乏，欢迎评论区留言。个人推测该种金属可与Ir合金化，又容易被刻蚀。

图1 传统电极与新型交替电极制备方案。

MEA制备与电化学测试：Pt/C阴极、Nafion 115 （127μm）；80℃（给出的测试条件过少）

电极结构：0.2 mg-Ir/cm²，图2（a）是PTL的Ti纤维。图2（b）是多级IrO₂-空气有序排列的电极结构，依附于Ti纤维表面。图2（b）是传统电极，Ir分布不均匀（分散困难所致）。

图2 SEM照片（a）ALCS阳极Ti纤维，（b）交替结构，（c）传统粉末电极。

性能测试结果：文中称ACLS 0.4 mg-Ir/cm²载量以下具有优势（主要看2A/cm²下的电解电压）。

图3 不同Ir载量在2A/cm²下的电解电压。

过电位分析：如图4，活化极化都随Ir载量降低增大，趋势相近。但ACLS的优势在于IrO₂与空气交替排列，传质极化较小，Ir载量降低传质极化增加不明显。而传统电极，Ir载量降低，二级孔结构也相对减少，传质阻力增大。

图4 ACLS与传统电极过电位分析。

耐久性测试：7000h几乎无衰减。（为何点不连续，是启停？）

图5 ACLS耐久性测试结果

备注：这种电极结构有点像燃料电池有序化催化层，但水电解不存在水淹问题，理论上该电极结构是具备传质极化小与低成本优势。同之前分析一样，可否大批量生产，生产效率如何以及寿命需要进一步验证。如果有关于造孔金属的成分猜测，欢迎留言。（下方扫码点个关注，可获取及时推送）