Rocha, Fernando und Georgiadis, Christos und Van Droogenbroek, Kevin und Delmelle, Renaud und Pinon, Xavier und Pyka, Grzegorz und Kerckhofs, Greet und Egert, Franz und Razmjooei, Fatemeh und Ansar, Syed-Asif und Mitsushima, Shigenori und Proost, Joris (2024) Proton exchange membrane-like alkaline water electrolysis using flow-engineered three-dimensional electrodes. Nature Communications, 15 (1). Nature Publishing Group. doi: 10.1038/s41467-024-51704-z. ISSN 2041-1723.
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Offizielle URL: https://dx.doi.org/10.1038/s41467-024-51704-z
Kurzfassung
For high rate water electrolysers, minimising Ohmic losses through efficient gas bubble evacuation away from the active electrode is as important as minimising activation losses by improving the electrode's electrocatalytic properties. In this work, by a combined experimental and computational fluid dynamics (CFD) approach, we identify the topological parameters of flow-engineered 3-D electrodes that direct their performance towards enhanced bubble evacuation. In particular, we show that integrating Ni-based foam electrodes into a laterally-graded bi-layer zero-gap cell configuration allows for alkaline water electrolysis to become Proton Exchange Membrane (PEM)-like, even when keeping a state-of-the-art Zirfon diaphragm. Detailed CFD simulations, explicitly taking into account the entire 3-D electrode and cell topology, show that under a forced uniform upstream electrolyte flow, such a graded structure induces a high lateral velocity component in the direction normal to and away from the diaphragm. This work is therefore an invitation to start considering PEM-like cell designs for alkaline water electrolysis as well, in particular the use of square or rectangular electrodes in flow-through type electrochemical cells.
elib-URL des Eintrags: | https://elib.dlr.de/208096/ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Dokumentart: | Zeitschriftenbeitrag | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Titel: | Proton exchange membrane-like alkaline water electrolysis using flow-engineered three-dimensional electrodes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Autoren: |
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Datum: | 2024 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Erschienen in: | Nature Communications | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Referierte Publikation: | Ja | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Open Access: | Ja | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Gold Open Access: | Ja | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
In SCOPUS: | Ja | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
In ISI Web of Science: | Ja | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Band: | 15 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
DOI: | 10.1038/s41467-024-51704-z | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Verlag: | Nature Publishing Group | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ISSN: | 2041-1723 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Status: | veröffentlicht | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Stichwörter: | alkaline electrolysis | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
HGF - Forschungsbereich: | Energie | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
HGF - Programm: | Energiesystemdesign | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
HGF - Programmthema: | Digitalisierung und Systemtechnologie | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
DLR - Schwerpunkt: | Energie | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
DLR - Forschungsgebiet: | E SY - Energiesystemtechnologie und -analyse | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben): | E - Energiesystemtechnologie | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Standort: | Stuttgart | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Institute & Einrichtungen: | Institut für Technische Thermodynamik > Energiesystemintegration | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Hinterlegt von: | Wiggenhauser, Hans Julian | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Hinterlegt am: | 13 Feb 2025 13:51 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Letzte Änderung: | 24 Feb 2025 11:22 |
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