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Durable Membrane Electrode Assemblies for Proton Exchange Membrane Electrolyzer Systems Operating at High Current Densities

Lettenmeier, Philipp und Wang, rainey und Abouatallah, Rami und Helmly, Stefan und Morawietz, Tobias und Hiesgen, Renate und Kolb, Svenja und Burggraf, Fabian und Kallo, Josef und Gago, Aldo und Friedrich, K. Andreas (2015) Durable Membrane Electrode Assemblies for Proton Exchange Membrane Electrolyzer Systems Operating at High Current Densities. Electrochimica Acta. Elsevier. ISSN 0013-4686.

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Kurzfassung

High efficiencies, wide operation range and rapid response time have motivated the recent interest in proton exchange membrane (PEM) electrolysis for hydrogen generation with surplus electricity. However, degradation at high current densities and the associated mechanism has not been thoroughly explored so far. In this work, membrane electrode assemblies (MEA) from different suppliers are aged in a commercial PEM electrolyzer (2.5 N m3 H2 h1 ), operating up to 4 A cm2 for more than 750 h. In all cases, the cell voltage (Ecell) decreases during the testing period. Interestingly, the cells with Ir-black anodes exhibit the highest performance with the lowest precious metal loading (1 mg cm-2). Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) shows a progressive decrease in the specific exchange current, while the ohmic resistance decreases when doubling the nominal current density. This effect translates into an enhancement of cell efficiency at high current densities. However, Ir concurrently leaches out and diffuses into the membrane. No decrease in membrane thickness is observed at the end of the tests. High current densities do not lead to lowering the performance of the PEM electrolyzer over time, although MEA components degrade, in particular the anode.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/104474/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Durable Membrane Electrode Assemblies for Proton Exchange Membrane Electrolyzer Systems Operating at High Current Densities
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Lettenmeier, PhilippDLRNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Wang, raineyHydrogenicsNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Abouatallah, RamiHydrogenicsNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Helmly, Stefanstefan.helmly (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Morawietz, TobiasHochschule EsslingenNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hiesgen, Renaterenate.hiesgen (at) hs-esslingen.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kolb, SvenjaSvenja.Kolb (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Burggraf, FabianDLRNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kallo, Josefjosef.kallo (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Gago, Aldoaldo.gago (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Friedrich, K. Andreasandreas.friedrich (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:27 April 2015
Erschienen in:Electrochimica Acta
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Verlag:Elsevier
ISSN:0013-4686
Status:veröffentlicht
Stichwörter:PEM electrolyzer; PEM electrolysis system; MEA; Degradation; Impedance spectroscopy; High current density; Accelerated stress tests
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Speicher und vernetzte Infrastrukturen
HGF - Programmthema:Elektrolyse und Wasserstoff
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E EV - Energieverfahrenstechnik
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Elektrochemische Prozesse (Elektrolyse) (alt)
Standort: Stuttgart
Institute & Einrichtungen:Institut für Technische Thermodynamik > Elektrochemische Energietechnik
Hinterlegt von: Lettenmeier, Philipp
Hinterlegt am:01 Jun 2016 10:48
Letzte Änderung:06 Sep 2019 15:16

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