008240612s2023      us  |||||||||||||||c||eng  d
■001000016933269
■00520240214101225
■006m          o    d                
■007cr#unu||||||||
■020    ▼a9798379909697
■035    ▼a(MiAaPQ)AAI30526988
■040    ▼aMiAaPQ▼cMiAaPQ
■0820  ▼a660
■1001  ▼aKretzmer,  Isaac.
■24510▼aElectrochemical  Characterization  and  Development  of  Nickel-Based  Materials  as  Oxygen  Evolution,  Hydrogen  Evolution,  and  Urea  Oxidation  Electrocatalysts▼h[electronic  resource]
■260    ▼a[S.l.]:▼bUniversity  of  Washington.  ▼c2023
■260  1▼aAnn  Arbor  :▼bProQuest  Dissertations  &  Theses,  ▼c2023
■300    ▼a1  online  resource(148  p.)
■500    ▼aSource:  Dissertations  Abstracts  International,  Volume:  85-01,  Section:  B.
■500    ▼aAdvisor:  Stuve,  Eric  M.
■5021  ▼aThesis  (Ph.D.)--University  of  Washington,  2023.
■506    ▼aThis  item  must  not  be  sold  to  any  third  party  vendors.
■520    ▼aIn  the  past  decade,  energy  generation  using  solar,  wind,  and  hydroelectricity  has  increased  dramatically.  Widespread  adoption  of  these  renewable  sources,  however,  is  bottlenecked  by  energy  conversion  and  storage  devices  such  as  fuel  cells  and  batteries.  Hydrogen  is  a  promising  energy  carrier  that  can  be  produced  through  low  temperature  alkaline  water  electrolysis,  stored  as  a  gas  or  liquid,  and  later  converted  back  to  electrical  energy  when  needed.  The  cost-effectiveness  of  a  hydrogen-based  energy  storage  system,  however,  is  in  part  limited  by  the  high  electrochemical  overpotentials  needed  to  drive  the  hydrogen  evolution  reaction  (HER),  oxygen  evolution  reaction  (OER),  and/or  urea  oxidation  reaction  (UOR).  Consequently,  development  and  understanding  of  advanced  electrocatalysts  is  a  critical  step  in  realizing  hydrogen  energy  for  grid-scale  power  applications.  In  this  work,  nickel  and  nickel-transition  metal  alloys  were  investigated  as  HER,  OER,  and  UOR  catalysts.  Reproducible  oxide  layers  were  grown  by  potential  cycling  between  0.85  and  1.52  V  vs.  RHE  up  to  600  cycles,  and  the  transition  between  Ni(OH)2  and  NiOOH  was  monitored  by  cyclic  voltammetry  throughout.  Through  voltammograms  and  a  Tafel  analysis,  it  was  determined  that  dissolution  of  chromium  and  molybdenum  led  to  the  formation  of  high  electrochemical  surface  area  electrodes  with  increased  formation  of  the  γ-NiOOH  phase.  Alloys  with  dissimilar  Cr:Mo  ratios  leached  significantly  more,  suggesting  an  electrode  with  similarly  high  Cr  and  Mo  content  is  more  stable  in  the  examined  conditions.  Dissolution  of  Cr  was  verified  through  the  use  of  x-ray  impedance  spectroscopy.  The  equal  Cr:Mo  concentration  alloy  and  pure  Ni  developed  a  primarily  β-NiOOH  surface,  and  had  1.8-2.0  times  larger  TOF  values  than  those  containing  significant  γ-NiOOH.  The  NiCrMo  alloys  required  smaller  overpotentials  (54-80  mV)  to  produce  10  mA  cm−2  of  OER  current,  and  had  comparable  Tafel  slopes  to  pure  Ni.  The  findings  here  indicate  a  β-NiOOH-developed  surface  to  be  more  OER-active  than  a  γ-NiOOH-developed  surface  and  suggest  certain  NiCrMo  alloys  have  promise  as  OER  electrocatalysts.  Next,  the  OER-active  nickel-oxyhydroxide  (NiOOH)  phases  were  characterized  using  cyclic  voltammetry,  impedance  spectroscopy,  and  scanning  electron  microscopy  on  pure  Ni.  Using  selective  electrochemical  cycling  from  0.9  VRHE  to  switching  potentials  between  1.51  and  1.61  VRHE  in  0.5  M  KOH  at  25  ◦C,  it  was  determined  that  the  γ-NiOOH  phase  would  preferentially  form  at  higher  switching  potentials.  This  phenomenon  was  attributed  to  induced  surface  roughening  through  NiOOH  lattice  expansion  and  contraction,  thereby  enhancing  electrochemical  surface  area  (ECSA)  and  improving  the  intercalation  of  cations.  The  resulting  increase  in  the  number  of  grain  boundaries  was  verified  through  scanning  electron  microscopy.  Kinetics  of  the  OER  were  evaluated  using  Tafel  analysis  and  turnover  frequency  (TOF);  an  electrode  developed  with  a  switching  potential  of  1.51  VRHE  had  TOF  values  6-17  times  larger  than  an  electrode  developed  with  a  switching  potential  of  1.61  VRHE,  indicating  improved  OER  kinetics  of  the  β-NiOOH  phase.  The  results  from  this  study  provided  evidence  for  the  relative  activity  of  NiOOH  phases,  and  showed  that  selective  electrochemical  cycling  can  be  used  to  control  the  formation  of  NiOOH  species.  The  findings  in  these  studies  indicate  that,  while  alkaline  water  electrolysis  is  a  mature  technology,  there  is  still  significant  room  for  improvement  using  nickel-based  electrodes.  Moreover,  the  techniques  developed  here  may  have  application  in  other  NiOOH-based  systems  for  examining  and  improving  their  electrocatalytic  performance.
■590    ▼aSchool  code:  0250.
■650  4▼aChemical  engineering.
■650  4▼aEnergy.
■650  4▼aAlternative  energy.
■653    ▼aEnergy  generation
■653    ▼aElectrocatalysts
■653    ▼aElectrochemical  surface  area
■653    ▼aCyclic  voltammetry
■690    ▼a0542
■690    ▼a0363
■690    ▼a0791
■71020▼aUniversity  of  Washington▼bChemical  Engineering.
■7730  ▼tDissertations  Abstracts  International▼g85-01B.
■773    ▼tDissertation  Abstract  International
■790    ▼a0250
■791    ▼aPh.D.
■792    ▼a2023
■793    ▼aEnglish
■85640▼uhttp://www.riss.kr/pdu/ddodLink.do?id=T16933269▼nKERIS▼z이  자료의  원문은  한국교육학술정보원에서  제공합니다.
■980    ▼a202402▼f2024