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Sulfonated polybenzimidazole for low-alkalinity ion solvating membrane water electrolysis

Ikhsan, Muhammad Mara und Yang, Chaeyeon und Ghotia, Kamal und Egert, Franz und Ansar, Syed Asif und Żurowska, Olga und Rózga, Maria und Michalak, Artur und Kraglund, Mikkel Rykaer und Aili, David und Park, Hyun S. und Razmjooei, Fatemeh und Henkensmeier, Dirk (2025) Sulfonated polybenzimidazole for low-alkalinity ion solvating membrane water electrolysis. Nature Energy. Nature Publishing Group. doi: 10.1038/s41560-025-01876-9. ISSN 2058-7546.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
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Kurzfassung

Ion solvating membranes based on polybenzimidazole (PBI) are alternatives to diaphragms in alkaline water electrolysers but can typically only operate with electrolyte concentrations of 15–30 wt% KOH. Sulfonation of the membrane broadens the operational range to 0.1 wt%–30 wt%; however, the swelling of sulfonated para-PBI means that crosslinkers are needed, complicating membrane fabrication and decreasing alkaline stability. Here we report a non-crosslinked PBI membrane with a 50% degree of sulfonation that shows a high room temperature conductivity in 1 M KOH of 135 mS cm−1. We did not observe degradation in a 6-month alkaline stability test at 80 °C. Using this membrane in an anion-exchange membrane water electrolyser, we report a current density of 4.8 A cm−2 at 2 V (3 M KOH at 80 °C; Pt and NiFe electrode catalysts); the H2 crossover to the O2 side remained <2%. Using non-platinum group metal electrodes and a polyphenylene sulfide-reinforced membrane, a cell operated for >1,000 h without failure.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/219119/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Sulfonated polybenzimidazole for low-alkalinity ion solvating membrane water electrolysis
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Ikhsan, Muhammad Maramaraikhsan (at) kist.re.krNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Yang, ChaeyeonNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Ghotia, Kamalkamal.ghotia (at) dlr.dehttps://orcid.org/0009-0006-5379-0757NICHT SPEZIFIZIERT
Egert, FranzFranz.Egert (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Ansar, Syed AsifSyed-Asif.Ansar (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Żurowska, OlgaJagiellonian UniversityNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Rózga, MariaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Michalak, ArturJagiellonian UniversityNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kraglund, Mikkel RykaerTechnical University of Denmark (DTU)NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Aili, DavidTechnical University of Denmark (DTU)NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Park, Hyun S.Hydrogen Fuel Cell Research Center, Korea Institute of Science and Technology (KIST)NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Razmjooei, FatemehFatemeh.Razmjooei (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Henkensmeier, Dirkhenkensmeier (at) kist.re.krNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:10 Oktober 2025
Erschienen in:Nature Energy
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.1038/s41560-025-01876-9
Verlag:Nature Publishing Group
ISSN:2058-7546
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Green Hydrogen, Water Electrolysis, Membrane Technology, Sulfonated PBI, Sustainable Energy, Nature Energy, Hydrogen economy
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:28 Nov 2025 15:47
Letzte Änderung:28 Nov 2025 15:47

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