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A high-performance, durable and low-cost proton exchange membrane electrolyser with stainless steel components

Stiber, Svenja und Sata, Noriko und Morawietz, Tobias und Ansar, Asif und Jahnke, Thomas und Lee, Jason Keonhag und Bazylak, Aimy und Fallisch, Arne und Gago, Aldo und Friedrich, Kaspar Andreas (2022) A high-performance, durable and low-cost proton exchange membrane electrolyser with stainless steel components. Energy and Environmental Science. Royal Chemical Society. doi: 10.1039/D1EE02112E. ISSN 1754-5692.

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Offizielle URL: https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2021/ee/d1ee02112e

Kurzfassung

Polymer electrolyte membrane water electrolysis (PEMWE) is the most promising technology for sustainable hydrogen production. However, it has been too expensive to compete with current state-of-the-art technologies due to the high cost of titanium bipolar plates (BPPs) and porous transport layers (PTLs). Here, we report a high-performance, durable and low-cost PEMWE cell with coated stainless steel (ss) BPPs and PTLs. When using uncoated ss components in the PEMWE cell, the cell depolarizes rapidly, reaching 2 V at only 0.15 A cm-2. After the application of non-precious metal coatings of Ti and Nb/Ti on ss-BPP and ss-PTL, respectively, the current density can be increased by a factor of 13 while maintaining the same performance. Extensive physical and electrochemical characterization supported by pore network modelling shows that the Nb/Ti coating on the ss-PTL leads to efficient water and gas transport at the interface with the anode. The PEMWE cell with coated ss components was evaluated in an accelerated stress test (AST) for more than 1000 h. No sign of Fe contamination in either the membrane or the electrodes is observed at the end of the test. With our results, we demonstrate that PEMWE can be manufactured almost entirely in ss, facilitating an unprecedented cost reduction in this technology and advancing the widespread use of green H2.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/146308/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:A high-performance, durable and low-cost proton exchange membrane electrolyser with stainless steel components
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Stiber, SvenjaSvenja.Stiber (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-8537-6589NICHT SPEZIFIZIERT
Sata, NorikoNoriko.Sata (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-3103-2051NICHT SPEZIFIZIERT
Morawietz, TobiasTobias.Morawietz (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-2291-9360NICHT SPEZIFIZIERT
Ansar, AsifSyed-Asif.Ansar (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Jahnke, Thomasthomas.jahnke (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Lee, Jason Keonhagleekeonh (at) mie.utoronto.caNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bazylak, Aimyabazylak (at) mie.utoronto.caNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Fallisch, ArneArne.Fallisch (at) ise.fraunhofer.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:2022
Erschienen in:Energy and Environmental Science
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.1039/D1EE02112E
Verlag:Royal Chemical Society
ISSN:1754-5692
Status:veröffentlicht
Stichwörter:PEM electrolysis, PEM electrolyser, PEM electrolyzer, Cost, PTL, GDL, Current collector, Coating, Stainless steel, Titanium, Niobium
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 20:42
Letzte Änderung:16 Jun 2023 09:37

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