Lettenmeier, Philipp and Wang, rainey and Abouatallah, Rami and Helmly, Stefan and Morawietz, Tobias and Hiesgen, Renate and Kolb, Svenja and Burggraf, Fabian and Kallo, Josef and Gago, Aldo Saul and Friedrich, K. Andreas (2016) Durable Membrane Electrode Assemblies for Proton Exchange Membrane Electrolyzer Systems Operating at High Current Densities. Electrochimica Acta, 210, pp. 502-511. Elsevier. doi: 10.1016/j.electacta.2016.04.164. ISSN 0013-4686.
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Official URL: http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0013468616310167
Abstract
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.
| Item URL in elib: | https://elib.dlr.de/109384/ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| Document Type: | Article | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Title: | Durable Membrane Electrode Assemblies for Proton Exchange Membrane Electrolyzer Systems Operating at High Current Densities | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Authors: |
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| Date: | 20 August 2016 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Journal or Publication Title: | Electrochimica Acta | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Refereed publication: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Open Access: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Gold Open Access: | No | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| In SCOPUS: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| In ISI Web of Science: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Volume: | 210 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DOI: | 10.1016/j.electacta.2016.04.164 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Page Range: | pp. 502-511 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Publisher: | Elsevier | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ISSN: | 0013-4686 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Status: | Published | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Keywords: | PEM electrolyzer; PEM electrolysis system; MEA; Degradation; Impedance spectroscopy; High current density; Accelerated stress tests | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| HGF - Research field: | Energy | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| HGF - Program: | Storage and Cross-linked Infrastructures | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| HGF - Program Themes: | Electrolysis and Hydrogen | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DLR - Research area: | Energy | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DLR - Program: | E EV - Energy process technology | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DLR - Research theme (Project): | E - Electrochemical Processes (Electrolysis) (old) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Location: | Stuttgart | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Institutes and Institutions: | Institute of Engineering Thermodynamics > Electrochemical Energy Technology | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Deposited By: | Lettenmeier, Philipp | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Deposited On: | 12 Dec 2016 13:50 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Last Modified: | 08 Nov 2023 15:20 |
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