提升高电流碱性水电解和二氧化碳还原效率的新型 CuNiFe 无电极
材料科学
2026-02-10 v1 介观与纳米尺度物理
摘要
向绿色氢能源经济转型需要可靠、可扩展且可持续的电解质阳极，以实现工业电流密度（>1 A/cm2）下的高效运行。然而，在此类条件下实现高活性和长期稳定性仍是传统催化剂面临的巨大挑战。本文报道了一种新型三合金 CuNiFe 阳极，通过快速的、无有机添加剂的室温电沉积工艺制备。该催化剂在 100 mA cm(-2) 时表现出极低的过电位 <270 mV，并在 30 wt% KOH 条件下可稳定运行超过 500 小时于 1 A cm(-2)。在实际的阴离子交换膜水电解器（AEM-WE）中，CuNiFe 阳极实现了 2.5 A cm(-2) 的电流密度，仅需 2.5 V，电压效率达 66.8%。除了水分解之外，该阳极还显著提升了 CO2 电解效率，将 CO2 还原电流密度提升了三倍，并引导选择生成有价值的多碳产物。范围从甲到氢的生命周期评估确认，CuNiFe 阳极将碳足迹降低了一个数量级，并在多个环境影响类别中比基准 IrRuO2 减少 40-60%。我们的工作为构建可扩展、高性能且环保的阳极技术，为经济高效地生产绿色氢和碳中和化学品铺平了道路。
引用
@article{arxiv.2602.08183,
title = {Boosting high-current alkaline water electrolysis and carbon dioxide reduction with novel CuNiFe-based anodes},
author = {Nusrat Rashid and Shurui Yang and Galyam Sanfo and Isabelle Ewing and Zahra Ibrahim Albu and Xinjuan Li and Tianhao Wu and Prajna Bhatt and Mathieu Prevot and Laurent Piccolo and Mahmoud Zendehdel and Robert G. Palgrave and Caterina Ducati and Mojtaba Abdi-Jalebi},
journal= {arXiv preprint arXiv:2602.08183},
year = {2026}
}