Razmjooei, Fatemeh and Ansar, Syed Asif and Egert, Franz and Ullmer, Dirk and Marx, Sven and Taghizadeh, Ehsan and Morawietz, Tobias and Gerle, Martina and Le, Thi Anh and Biswas, Indro and Wirz, Richard E. and Spieth, Philipp and Campo Schneider, Lucia Paula and Marquard-Möllenstedt, Tonja and Brinner, Andreas and Faccio, Ricardo and Fernández-Werner, Luciana and Esteves, Martín (2025) Intensification of Alkaline Electrolyzer with Improved Two‑Phase Flow. Advanced Energy Materials, 15 (20). Wiley. doi: 10.1002/aenm.202405285. ISSN 1614-6832.
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Abstract
Green hydrogen produced through water electrolysis offers a promising pathway to global decarbonization. Among various electrolyzers, alkaline water electrolysis (AWE) is the most established and commercially mature. To reduce the cost of hydrogen production from AWE, it is crucial to increase operational current density while maintaining or lowering voltage to increase hydrogen yield and reduce energy consumption. Such efforts are focused on reducing the ohmic resistance at high current densities through the implementation of alkaline membranes. However, this work underlines that the ohmic resistance at high current densities is also influenced by the losses associated with the evolution of bubbles at the electrode surface and two-phase mass transfer. This is shown by investigating the impact of tortuosity and bubble point of porous electrodes on AWE performance. Low-tortuosity porous nickel electrodes are fabricated and analyzed for their ability to reduce capillary pressure and bubble point, resulting in lower energy losses and improved efficiency. The cell reaches an industrially appealing relevant current density of 2 A cm−2 at ≈2 V. Besides test in single cells, the advantageous effect of these low tortuosity porous nickel electrodes are also validated in a kW-class AWE stack, confirming their effectiveness in enhancing overall system performance.
| Item URL in elib: | https://elib.dlr.de/212577/ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| Document Type: | Article | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Title: | Intensification of Alkaline Electrolyzer with Improved Two‑Phase Flow | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Authors: |
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| Date: | 31 January 2025 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Journal or Publication Title: | Advanced Energy Materials | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Refereed publication: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Open Access: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Gold Open Access: | No | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| In SCOPUS: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| In ISI Web of Science: | Yes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Volume: | 15 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DOI: | 10.1002/aenm.202405285 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Publisher: | Wiley | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ISSN: | 1614-6832 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Status: | Published | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Keywords: | alkaline water electrolysis, bubble point, high current density, hydrogen | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| HGF - Research field: | Energy | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| HGF - Program: | Energy System Design | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| HGF - Program Themes: | Digitalization and System Technology | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DLR - Research area: | Energy | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DLR - Program: | E SY - Energy System Technology and Analysis | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DLR - Research theme (Project): | E - Energy System Technology | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Location: | Stuttgart | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Institutes and Institutions: | Institute of Engineering Thermodynamics > Energy System Integration | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Deposited By: | Ghotia, Kamal | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Deposited On: | 19 Sep 2025 11:21 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Last Modified: | 28 Aug 2026 11:54 |
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