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Porous Transport Layers for Proton Exchange Membrane Electrolysis under Extreme Conditions of Current Density, Temperature and Pressure

Stiber, Svenja und Balzer, Harald und Wierhake, Astrid und Wirkert, Florian Josef und Roth, Jeffrey und Rost, Ulrich und Brodmann, Michael und Lee, Jason Keonhag und Bazylak, Aimy und Waiblinger, Wendelin und Gago, Aldo und Friedrich, Kaspar Andreas (2021) Porous Transport Layers for Proton Exchange Membrane Electrolysis under Extreme Conditions of Current Density, Temperature and Pressure. Advanced Energy Materials, 11 (33), Seite 2100630. Wiley. doi: 10.1002/aenm.202100630. ISSN 1614-6832.

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Offizielle URL: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202100630

Kurzfassung

Hydrogen produced via water electrolysis powered by renewable electricity or green H2 offers new decarbonization pathways. Proton exchange membrane water electrolysis (PEMWE) is a promising technology although current density, temperature and H2 pressure of the PEMWE will have to be increased substantially to curtail the cost of green H2. Here, we report a porous transport layer for PEMWE that enables operation up to 6 A cm 2, 90 °C and 90 bar H2 output pressure. It consists of a Ti porous sintered layer on a low-cost Ti mesh (PSL/mesh-PTL) by diffusion bonding. This novel approach does not require a flow field in the bipolar plate. When using the mesh-PTL without PSL, the cell potential increases significantly due to mass transport losses reaching ca 2.5 V at 2 A cm-2 and 90 ºC. On the other hand, the PEMWE with the PSL/mesh-PTL has same cell potential but at 6 A cm-2, thus increasing substantially the operation range of the electrolyzer. Extensive physical characterization and pore network simulation demonstrate that the PSL/mesh-PTL leads to efficient gas/water management in the PEMWE. Lastly, the PSL/mesh-PTL was validated in an industrial size PEMWE in container operating at 90 bar H2 output pressure.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/146306/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Porous Transport Layers for Proton Exchange Membrane Electrolysis under Extreme Conditions of Current Density, Temperature and Pressure
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Stiber, SvenjaSvenja.Stiber (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-8537-6589NICHT SPEZIFIZIERT
Balzer, Haraldharald.balzer (at) gknpm.comNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Wierhake, AstridAstrid.wierhake (at) gknpm.comNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Wirkert, Florian JosefFlorian.Wirkert (at) w-hs.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Roth, JeffreyJeffrey.Roth (at) w-hs.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Rost, Ulrichulrich.rost (at) propuls.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Brodmann, MichaelMichael.Brodmann (at) w-hs.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Lee, Jason Keonhagleekeonh (at) mie.utoronto.caNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bazylak, Aimyabazylak (at) mie.utoronto.caNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Waiblinger, Wendelinwendelin.waiblinger (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Gago, AldoAldo.Gago (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-7000-171XNICHT SPEZIFIZIERT
Friedrich, Kaspar AndreasAndreas.Friedrich (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:4 Juli 2021
Erschienen in:Advanced Energy Materials
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:11
DOI:10.1002/aenm.202100630
Seitenbereich:Seite 2100630
Verlag:Wiley
ISSN:1614-6832
Status:veröffentlicht
Stichwörter:PEM electrolysis; Porous Transport Layer; High Current Density; High Temperature; High Pressure
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Materialien und Technologien für die Energiewende
HGF - Programmthema:Chemische Energieträger
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E SP - Energiespeicher
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Elektrochemische Prozesse
Standort: Stuttgart
Institute & Einrichtungen:Institut für Technische Thermodynamik > Elektrochemische Energietechnik
Hinterlegt von: Stiber, Svenja
Hinterlegt am:23 Dez 2021 20:40
Letzte Änderung:04 Dez 2023 12:32

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