Contents
1 Introduction 1
1.1 A world divided in energy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 The renewables - what is the challenge? . . . . . . . . . . . . . . 10
1.3 Electrolyzer technologies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.4 Thesis Outline . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2 Electrocatalysis and the splitting of water 17
2.1 What is a catalyst? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.2 Thermodynamics of electrode reactions . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.3 Water splitting in electrolyzers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.4 Hydrogen Evolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.5 Oxygen Evolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.5.1 Theoretical model for Oxygen evolution . . . . . . . . . . 26
2.5.2 Recent experimental advances . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.5.3 Catalyst stability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
2.6 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
3 Experimental Methods 43
3.1 Sample Preparation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
3.1.1 Sputter Deposition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
3.2 Characterization techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
3.2.1 X-ray Photoelectron Spectroscopy . . . . . . . . . . . . . 47
3.2.2 X-ray Diraction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
3.2.3 X-ray Absorption Spectroscopy . . . . . . . . . . . . . . . 51
3.2.4 Scanning Electron Microscopy . . . . . . . . . . . . . . . . 55
3.3 Electrochemical measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
3.3.1 Impedance Spectroscopy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
3.3.2 Measuring techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59