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Degradation study on tin- and bismuth-based gas-diffusion electrodes during electrochemical CO2 reduction in highly alkaline media

Bienen, Fabian und Löwe, Armin und Hildebrand, Joachim und Hertle, Sebastian und Schonvogel, Dana und Kopljar, Dennis und Wagner, Norbert und Klemm, Elias und Friedrich, Kaspar Andreas (2021) Degradation study on tin- and bismuth-based gas-diffusion electrodes during electrochemical CO2 reduction in highly alkaline media. Journal of Energy Chemistry, 62, Seiten 367-376. Elsevier. doi: 10.1016/j.jechem.2021.03.050. ISSN 2095-4956.

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Offizielle URL: http://dx.doi.org/10.1016/j.jechem.2021.03.050

Kurzfassung

This work investigated the degradation of tin – based gas-diffusion electrodes (GDE) and also a promising Bi2O3 GDE in electrochemical CO2 reduction in highly alkaline media which has not been studied before. The contributions of the electrode wetting (or flooding, if excessively) and catalyst leaching on the degradation were analyzed. Therefore, electrochemical impedance spectroscopy was used to monitor the wetted surface area of the GDE in combination with post-mortem analysis of the penetration depth by visualizing the electrolyte’s cation in the GDE cross-section. Furthermore, to reveal a possible degradation of the electrocatalyst, its distribution was mapped in the GDEs cross-section after operation while the catholyte was additionally analyzed via ICP-MS. The results clearly demonstrate that the SnO2 catalyst dissolves in the reaction zone inside the GDE and might be partially redeposited near the GDEs surface. Since the redeposition process occurs only partially a steady loss of catalyst was observed impeding a clear distinction of the two degradation phenomena. Nevertheless, the deterioration of the electrode performance measured as faraday efficiency (FE) of the parasitic hydrogen evolution reaction (HER) qualitatively correlates with the differential double layer capacitance (Cdl). A significant difference of the rate of increase for the hydrogen FE and Cdl can be ascribed to the superposition of both above-mentioned degradation mechanisms. The demonstrated instability of SnO2 contrasts with the behavior of Bi2O3 GDE which is stabilized during CO2 conversion by redeposition of the diluted dissolved species as metallic Bi which is active for the CO2 reduction reaction.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/142118/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Degradation study on tin- and bismuth-based gas-diffusion electrodes during electrochemical CO2 reduction in highly alkaline media
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Bienen, FabianFabian.Bienen (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-4660-8826NICHT SPEZIFIZIERT
Löwe, Arminarmin.loewe (at) itc.uni-stuttgart.dehttps://orcid.org/0000-0001-5149-781XNICHT SPEZIFIZIERT
Hildebrand, Joachimjoachim.hildebrand (at) itc.uni-stuttgart.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hertle, SebastianNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schonvogel, DanaDana.Schonvogel (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-2485-740XNICHT SPEZIFIZIERT
Kopljar, DennisDennis.Kopljar (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-2228-2016NICHT SPEZIFIZIERT
Wagner, NorbertNorbert.Wagner (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-2596-8689NICHT SPEZIFIZIERT
Klemm, Eliaselias.klemm (at) itc.uni-stuttgart.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Friedrich, Kaspar AndreasAndreas.Friedrich (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-2968-5029NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:6 April 2021
Erschienen in:Journal of Energy Chemistry
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:62
DOI:10.1016/j.jechem.2021.03.050
Seitenbereich:Seiten 367-376
Verlag:Elsevier
ISSN:2095-4956
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Electrochemical CO2 reduction Heterogeneous catalysis Gas-diffusion electrode Electrochemical impedance spectroscopy Catalyst leaching
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Materialien und Technologien für die Energiewende
HGF - Programmthema:Chemische Energieträger
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E SP - Energiespeicher
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Elektrochemische Prozesse
Standort: Stuttgart
Institute & Einrichtungen:Institut für Technische Thermodynamik > Elektrochemische Energietechnik
Hinterlegt von: Bienen, Fabian
Hinterlegt am:20 Jul 2021 14:09
Letzte Änderung:20 Okt 2023 08:00

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