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Hydroxyl-conductive 2D hexagonal boron nitrides for anion exchange membrane water electrolysis and sustainable hydrogen production

Razmjooei, Fatemeh Sanaz und Kaur, Jasneet und Zarrin, Hadis und Syed, Asif Ansar und Schweinbenz, Matthew und Ho, Kane und Malekkhouyan, Adel und Egert, Franz und Ghotia, Kamal (2025) Hydroxyl-conductive 2D hexagonal boron nitrides for anion exchange membrane water electrolysis and sustainable hydrogen production. Sustainable Energy and Fuels, 9 (2), Seiten 293-664. Royal Society of Chemistry. doi: 10.1039/D4SE01671H. ISSN 2398-4902.

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Kurzfassung

In response to the urgent global call to transition from polluting fossil fuels to sustainable energy alternatives, hydrogen emerges as a promising and widely accessible energy source if it can be efficiently produced through water splitting and electrolysis. Anion exchange membrane (AEM) water electrolyzers (AEMWEs) have potential for large scale H2 production at a low cost. However, the development of alkaline membranes with high hydroxide conductivity, improved stability and better performance is a significant challenge for the commercial application of advanced AEMWEs. In this work, a novel structure for hydroxide-ion conductive membranes based on surface-engineered two-dimensional (2D) hexagonal boron nitrides (h-BN) is designed and validated in a highly active and durable AEMWE cell with non-precious metal Ni-based electrodes. Among two samples, the high-loaded 2D hBN nanocomposite membrane (M2) showed significantly high hydroxide-ion conductivity (190 mS cm−1) with improved electrochemical and mechanical stability. The AEMWE cell assembled with the M2 membrane exhibited superior cell performance, achieving 1.78 V at 0.5 A cm−2 compared to the cell utilizing the lower loading hBN nanocomposite membrane (M1). Additionally, its performance closely approached that of the cell employing a commercial membrane. During a long-term stability test conducted at a constant load of 0.5 A cm−2 for 250 hours, the M2 membrane maintained satisfactory electrolysis voltage without any notable failure. These findings demonstrate that 2D hBN nanocomposite membranes hold great promise for use in advanced AEMWEs.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/212447/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Hydroxyl-conductive 2D hexagonal boron nitrides for anion exchange membrane water electrolysis and sustainable hydrogen production
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Razmjooei, Fatemeh SanazFatemeh.Razmjooei (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kaur, Jasneetjasneet.kaur (at) brocku.caNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Zarrin, Hadishadis.zarrin (at) torontomu.caNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Syed, Asif AnsarSyed-Asif.Ansar (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schweinbenz, MatthewNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Ho, KaneNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Malekkhouyan, AdelNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Egert, FranzFranz.Egert (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Ghotia, Kamalkamal.ghotia (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:2025
Erschienen in:Sustainable Energy and Fuels
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:9
DOI:10.1039/D4SE01671H
Seitenbereich:Seiten 293-664
Verlag:Royal Society of Chemistry
ISSN:2398-4902
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Novel structure for hydroxide-ion conductive membranes based on surface-engineered two-dimensional (2D) hexagonal boron nitrides (h-BN) is designed and validated in a highly active and durable AEMWE cell with non-precious metal Ni-based electrodes.
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: Ghotia, Kamal
Hinterlegt am:13 Feb 2025 13:54
Letzte Änderung:24 Feb 2025 10:49

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