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Improving plasma sprayed Raney type nickel-molybdenum electrodes towards high performance hydrogen evolution in alkaline medium

Razmjooei, Fatemeh Sanaz und Liu, Taikai und Aguiar Azevedo, Daniela und Hadjixenophontos, Efi und Reissner, Regine und Schiller, Günter und Ansar, Syed Asif und Friedrich, Kaspar Andreas (2020) Improving plasma sprayed Raney type nickel-molybdenum electrodes towards high performance hydrogen evolution in alkaline medium. Scientific Reports, 10 (1), Seite 10948. Nature Publishing Group. doi: 10.1038/s41598-020-67954-y. ISSN 2045-2322.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
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Kurzfassung

Rationally designed free standing and binder free Raney type nickel–molybdenum (ni–Mo) electrodes produced via atmospheric plasma spraying (APS) are developed by correlating APS process parameters with the microstructure of electrodes and their electrochemical performance in alkaline media. the results revealed that the electrode morphology and elemental composition are highly affected by the plasma parameters during the electrode fabrication. It is found that increasing plasma gas flow rate and input plasma power resulted in higher in-flight particle velocities and shorter dwell time, which in result delivered electrodes with much finer structure exhibiting homogeneous distribution of phases, larger quantity of micro pores and suitable content of Ni and Mo. Tafel slope of electrodes decreased with increasing the in-flight particles velocities from 71 to 33 mV dec-1 in 30 wt.% KOH. However, beyond a critical threshold in-flight velocity and temperature of particles, electrodes started to exhibit larger globular pores and consequently reduced catalytic performance and higher Tafel slop of 36 mV dec-1 in 30 wt.% KOH. Despite slightly lower electrochemical performance, the electrodes produced with highest plasma gas flow and energy showed most inter-particle bonded structure as well as highest stability with no measurable degradation over 47 days in operation as HER electrode in 30 wt.% KOH. The Raney-type Ni–Mo electrode fabricated at highest plasma gas flow rate and input plasma power has been tested as HER electrode in alkaline water electrolyzer, which delivered high current densities of 0.72 and 2 A cm-2 at 1.8 and 2.2 V, respectively, representing a novel prime example of HER electrode, which can synergistically catalyze the HER in alkaline electrolyzer. This study shows that sluggish alkaline HER can be circumvented by rational electrode composition and interface engineering.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/137805/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Improving plasma sprayed Raney type nickel-molybdenum electrodes towards high performance hydrogen evolution in alkaline medium
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Razmjooei, Fatemeh SanazFatemeh.Razmjooei (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Liu, TaikaiTaikai.Liu (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Aguiar Azevedo, Danieladani-a94 (at) hotmail.comNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hadjixenophontos, EfiEfi.Hadjixenophontos (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Reissner, Regineregine.reissner (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schiller, GünterGuenter.Schiller (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-5093-7625NICHT SPEZIFIZIERT
Ansar, Syed Asifsyed-asif.ansar (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Friedrich, Kaspar AndreasAndreas.Friedrich (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:1 Dezember 2020
Erschienen in:Scientific Reports
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:10
DOI:10.1038/s41598-020-67954-y
Seitenbereich:Seite 10948
Verlag:Nature Publishing Group
ISSN:2045-2322
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Plasma spray, Hydrogen evolution reaction, Alkaline media, Raney-Nickel
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: Razmjooei, Fatemeh Sanaz
Hinterlegt am:07 Dez 2020 12:06
Letzte Änderung:24 Okt 2023 11:06

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