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.
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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/ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| Dokumentart: | Zeitschriftenbeitrag | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Titel: | Sulfonated polybenzimidazole for low-alkalinity ion solvating membrane water electrolysis | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Autoren: |
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| 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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