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凝聚态物理 > 材料科学

arXiv:2411.03373 (cond-mat)
[提交于 2024年11月5日 ]

标题: 通过直接激光干涉光刻提升电极性能和气泡管理

标题: Boosting electrode performance and bubble management via Direct Laser Interference Patterning

Authors:Hannes Rox, Fabian Ränke, Jonathan Mädler, Mateusz M. Marzec, Krystian Sokolowski, Robert Baumann, Homa Hamedi, Xuegeng Yang, Gerd Mutschke, Leon Urbas, Andrés Fabián Lasagni, Kerstin Eckert
摘要: 激光结构技术,如直接激光干涉光刻,显示出优化用于水分解的电极的巨大潜力。因此,基于实验设计的系统性实验研究被进行,以分析空间周期以及空间周期与结构深度之间的纵横比对纯镍电极性能的影响。与非结构化电极相比,电化学活性表面积可以增加12倍。对于析氧反应,发现起始电位和过电位显著降低($\approx$-164 mV在100 mA/cm$^2$)。这被解释为活性成核位点数量较少,同时较大的脱离气泡,导致电极堵塞减少,从而降低欧姆电阻。发现激光结构之间的空间距离是改善电极性能的关键加工参数。
摘要: Laser-structuring techniques like Direct Laser Interference Patterning show great potential for optimizing electrodes for water electrolysis. Therefore, a systematic experimental study based on statistical design of experiments is performed to analyze the influence of the spatial period and the aspect ratio between spatial period and structure depth on the electrode performance for pure Ni electrodes. The electrochemically active surface area could be increased by a factor of 12 compared to a non-structured electrode. For oxygen evolution reaction, a significantly lower onset potential and overpotential ($\approx$-164 mV at 100 mA/cm$^2$) is found. This is explained by a lower number of active nucleation sites and, simultaneously, larger detached bubbles, resulting in reduced electrode blocking and thus, lower ohmic resistance. It is found that the spatial distance between the laser-structures is the decisive processing parameter for the improvement of the electrode performance.
评论: 稿件:27页,10图,4表;电子补充信息:13页,11图,3表
主题: 材料科学 (cond-mat.mtrl-sci) ; 化学物理 (physics.chem-ph)
引用方式: arXiv:2411.03373 [cond-mat.mtrl-sci]
  (或者 arXiv:2411.03373v1 [cond-mat.mtrl-sci] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2411.03373
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI
相关 DOI: https://doi.org/10.1021/acsami.4c20441
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来自: Hannes Rox [查看电子邮件]
[v1] 星期二, 2024 年 11 月 5 日 13:40:08 UTC (13,235 KB)
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