加压碱性水电解中气泡诱导与热力学电压损失的对比

理解气泡如何影响水电解效率对于实现由风能和太阳能等可再生能源驱动的经济竞争力氢气至关重要。水电解通常在高压下进行，以降低对产生的H₂进行高能耗机械压缩的成本。因此，有必要更好地理解绝对压力如何影响电化学性能和气泡尺寸。一般而言，气泡尺寸随压力增加而减小。使用由直接激光写入（Direct Laser Writing）生成的不同尺寸的柱状图案化Ni电极，即使在高压下也可以改变脱离气泡的尺寸。随着柱体尺寸增大，在1至6巴的所有考察压力下气泡均变大。在电流密度为-25 mA/cm²时，阴极电位随压力增加而升高，幅度符合Nernst方程给出的热力学电压损失（p = 6 bar时约为23 mV）。令人惊讶的是，将电流密度提高到100 mA/cm²可使过电位降低高达约60 mV。高压下减小的气泡尺寸最小化了气泡引起的损失，从而补偿了热力学电压惩罚。应用Buckingham Π定理可以推导出无量纲数，用于表征气泡诱导电压损失与热力学电压损失之比。