钛（Ti）作为质子交换膜水电解槽（PEMWEs）中多孔传输层（PTLs）的衬底，容易形成钝化氧化层，增加界面接触电阻（ICR），降低性能和耐用性；使用贵金属涂层进行减缓的做法大大增加了成本。本文研究了铌钽（Nb-Ta）合金作为经济有效的Ti毡层间涂层，以减少贵金属的负载。Nb-Ta涂层样品显著提高了腐蚀电位，电流密度降低了3-4个数量级，ICR降低了3.5倍，并提高了耐久性。在单个电池堆中，与商用PTL相比，具有超低铂量的最佳性能样品在+2.0 V下的耐久性提高了8倍，欧姆电阻降低了12.5%，电流密度增加了28%。Nb-Ta夹层涂层的接触角、导电性和导热性都得到了改善，为提高PEMWE性能和绿色制氢的耐久性提供了一种经济有效的策略。
(a)质子交换膜水电解槽（PEMWE）示意图和(b)发生在多孔传输层（PTL）中的传输现象。
(a)三电极设置示意图和(b)界面接触电阻（ICR）测量设置。
(a)使用圆法测量接触角，(b)使用四点探针技术测量平面内电导率，(c)使用瞬态平面源法测量导热系数。
不同样品在计时安培（CA）前的扫描电镜（SEM）图像：(a)未涂覆ti毡，(b) NbTa-1, (c) NbTa-2, (d) NbTa-3；CA后为(e)未涂覆Ti毡，(f) NbTa-1, (g) NbTa-2, (h) NbTa-3。
(a)开路电位（OCP）的稳定过程，(b)动电位极化，(c) +2.0 V下的恒电位极化，(d)未涂层和Nb-Ta合金涂层ti毡样品在0.5 M H2SO4溶液中在80°c下的近照(c)。
(a)未涂层和Nb-Ta合金涂层Ti -Felt的界面接触电阻（ICR） (b)未涂层和Nb-Ta合金涂层Ti -Felt在1.5 MPa时的界面接触电阻（ICR）。
未涂层和Nb-Ta合金涂层Ti毡样品的寿命终止试验。
FIB制备Pt/NbTa-3涂层截面的SEM图像。
(a) Pt/NbTa-3, (b)商用PTL， (c) Pt/NbTa-3, (d)商用PTL计时电流测定（CA）前的扫描电子显微镜（SEM）图像。
Pt/NbTa-3样品的x射线光电子能谱（XPS）分析：(a)计时电流测定（CA）前(b)后（6 h），商业样品(c)前（6 h）和(d)后（CA）。
(a)开路电位（OCP）稳定化，(b)动电位极化，(c)电化学阻抗谱（EIS）， (d) Pt/NbTa-3和商业PTL样品在0.5 M H2SO4溶液中，在80°c下2.0 V时的计时电流测定（CA）。
Pt/NbTa-3和商用PTL的界面接触电阻（ICR） (a)在计时电流测定（CA）前和(b)后6 h。
Pt/NbTa-3和商业样品的寿命终止测试。
(a)极化曲线，(b)电化学阻抗谱（EIS）， (c) Pt/NbTa-3和商业样品的动力学、欧姆和质量传递过电位的贡献，以及(d)单质子交换膜水电解槽（PEMWE）测试中的等效电路（EEC）。
在本研究中，研究了铌钽（Nb-Ta）合金作为一种具有成本效益的钛毡层间涂层，以减少质子交换膜水电解槽（PEMWEs）中多孔传输层（PTLs）上的贵金属负载。采用不同的沉积功率，通过溅射机将不同成分的铌钽合金以薄膜涂层的形式涂覆在Ti毡上。未涂覆和涂覆的钛毡样品都是通过原位和非原位表征来测量的。结果表明，虽然所有涂层样品的性能都优于未涂层的ti毡，但Ta含量越高，性能指标越好。然后在性能最好的Nb-Ta合金（Nb20%-Ta80%/ ti毡）上沉积一层薄铂（Pt）层（100 nm）作为顶层，与直接在Ti毡上涂覆200 nm厚Pt的商业样品相比，显示出优越的耐腐蚀性和耐久性。在接触角、电导率和导热系数方面的改善结果突出了Nb-Ta合金在Ti毡基PTL层间涂层中的有效性。在运行PEMWE中进行的测试表明，与商业样品相比，带有薄Pt顶层的Nb-Ta夹层具有更好的初始性能（28%）。这些发现强调了Nb-Ta夹层在提高PEMWEs中Ti毡性能方面的潜力，提供了一个有希望的途径，通过大幅降低Pt负载来降低材料成本，同时保持更好的耐腐蚀性和耐久性。
Porous transport layers with low Pt loading having Nb–Ta alloy as interlayer for proton exchange membrane water electrolyzers - ScienceDirect
https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2024.11.192
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