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Revealing Mechanistic Processes in Gas-Diffusion Electrodes During CO2 Reduction via Impedance Spectroscopy

Bienen, Fabian und Kopljar, Dennis und Löwe, Armin und Geiger, Simon und Wagner, Norbert und Klemm, Elias und Friedrich, Kaspar Andreas (2020) Revealing Mechanistic Processes in Gas-Diffusion Electrodes During CO2 Reduction via Impedance Spectroscopy. ACS Sustainable Chemistry and Engineering, 8 (36), Seiten 13759-13768. American Chemical society (ACS). doi: 10.1021/acssuschemeng.0c04451. ISSN 2168-0485.

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Offizielle URL: http://dx.doi.org/10.1021/acssuschemeng.0c04451

Kurzfassung

The use of gas-diffusion electrodes (GDEs) as CO2 converting electrodes increases the achieved current densities for the CO2 reduction reaction (CO2RR) by a multiple (>100 mA cm−2) compared to planar electrodes (10 mA cm−2), whereas the long-time stability of the employed GDEs is a crucial factor for the industrial realization of this technology. We investigated carbon-supported tin-based GDEs by electrochemical impedance spectroscopy with the goal to identify the underlying physical processes by varying the applied current density, temperature, CO2 partial pressure, and electrolyte, an unexplored task so far. The spectrum displays four features which we interpreted as (i) ionic and electronic conductivity in the porous system, (ii) reaction of CO2 with OH− to form bicarbonate, (iii) charge transfer converting CO2 (aq) to CO2 •−, and (iv) liquid phase diffusion of CO2 (aq). Besides the assignment of the physical processes to the features obtained in the spectrum, we conclude that the observed spectrum shape is affected by CO2RR and hydrogen evolution reaction, whereby the shape dominating reaction switches with varying experimental conditions such as temperature, CO2 volume fraction, current density, and electrolyte.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/136695/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Revealing Mechanistic Processes in Gas-Diffusion Electrodes During CO2 Reduction via Impedance Spectroscopy
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Bienen, FabianFabian.Bienen (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-4660-8826NICHT SPEZIFIZIERT
Kopljar, DennisDennis.Kopljar (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-2228-2016NICHT SPEZIFIZIERT
Löwe, Arminarmin.loewe (at) itc.uni-stuttgart.dehttps://orcid.org/0000-0001-5149-781XNICHT SPEZIFIZIERT
Geiger, Simonsimon.geiger (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-2968-5029NICHT SPEZIFIZIERT
Wagner, NorbertNorbert.Wagner (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-2596-8689NICHT SPEZIFIZIERT
Klemm, EliasNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Friedrich, Kaspar AndreasAndreas.Friedrich (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-2968-5029NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:20 August 2020
Erschienen in:ACS Sustainable Chemistry and Engineering
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:8
DOI:10.1021/acssuschemeng.0c04451
Seitenbereich:Seiten 13759-13768
Verlag:American Chemical society (ACS)
ISSN:2168-0485
Status:veröffentlicht
Stichwörter:CO2 electrolysis, CO2RR, electrochemical impedance spectroscopy, tin, gas-diffusion electrode, GDE, CO2
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Speicher und vernetzte Infrastrukturen
HGF - Programmthema:Elektrolyse und Wasserstoff
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E SP - Energiespeicher
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Elektrochemische Prozesse (Elektrolyse) (alt)
Standort: Stuttgart
Institute & Einrichtungen:Institut für Technische Thermodynamik > Elektrochemische Energietechnik
Hinterlegt von: Bienen, Fabian
Hinterlegt am:23 Okt 2020 11:34
Letzte Änderung:24 Okt 2023 10:54

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