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Understanding the Role of Water Flow and the Porous Transport Layer on the Performance of Proton Exchange Membrane Water Electrolyzers

Garcia-Navarro, Julio Cesar und Schulze, Mathias und Friedrich, Kaspar Andreas (2019) Understanding the Role of Water Flow and the Porous Transport Layer on the Performance of Proton Exchange Membrane Water Electrolyzers. ACS Sustainable Chemistry and Engineering, 7, Seiten 1600-1610. American Chemical society (ACS). doi: 10.1021/acssuschemeng.8b05369. ISSN 2168-0485.

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Kurzfassung

In this article, we have brought a different perspective to the topic of mass transport losses in a proton exchange membrane (PEM) water electrolyzer, particularly regarding the role of water flow and the dominant mass transport mechanism in the porous transport layer (PTL). We conducted permeation experiments on a sintered Ti PTL, where we measured the pressure loss of gas that flows through its pores; furthermore, we presented a model based on the van Genuchten−Mualem capillary pressure and the Carman−Kozeny gas permeability, and we report an increase in the pressure loss with respect to the water flow, which we reported as an increase in the apparent tortuosity of the pores in the PTL. From this we conclude that the water flow exerts a shear stress on the gas flowing through the PTL, proportional to its kinetic energy, and that the gas permeation is the dominant transport mechanism within a PTL, in contrast to a one- or two-phase flow, which is more energy demanding. Finally, we propose that further work be carried out, in particular by comparing these results to in situ measurements on an operating PEM electrolyzer.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/133202/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Understanding the Role of Water Flow and the Porous Transport Layer on the Performance of Proton Exchange Membrane Water Electrolyzers
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Garcia-Navarro, Julio Cesarjulio.garcianavarro (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-3177-5023NICHT SPEZIFIZIERT
Schulze, MathiasMathias.Schulze (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Friedrich, Kaspar AndreasAndreas.Friedrich (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-2968-5029NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:2019
Erschienen in:ACS Sustainable Chemistry and Engineering
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:7
DOI:10.1021/acssuschemeng.8b05369
Seitenbereich:Seiten 1600-1610
Verlag:American Chemical society (ACS)
ISSN:2168-0485
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Polymer membrane electrolysis hydrogen generation
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Speicher und vernetzte Infrastrukturen
HGF - Programmthema:Elektrolyse und Wasserstoff
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E SP - Energiespeicher
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Elektrochemische Prozesse (Elektrolyse) (alt)
Standort: Stuttgart
Institute & Einrichtungen:Institut für Technische Thermodynamik > Elektrochemische Energietechnik
Hinterlegt von: Friedrich, Prof.Dr. Kaspar Andreas
Hinterlegt am:07 Jan 2020 12:52
Letzte Änderung:03 Nov 2023 09:27

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