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Comprehensive Analysis of the Degradation Phenomena of Proton Exchange Membrane Water Electrolyzers with Iridium on Antimony Tin Oxide Anodes

Ambu, Sambal Shashank und Utsch, Nikolai und Morawietz, Tobias und Retuerto, Maria und Rojas, Sergio und Usoltsev, Oleg und Goll, Miriam und Garcia Sanchez, Daniel und Glüsen, Andreas und Gago, Aldo und hosseiny, schwan und Friedrich, Kaspar Andreas (2025) Comprehensive Analysis of the Degradation Phenomena of Proton Exchange Membrane Water Electrolyzers with Iridium on Antimony Tin Oxide Anodes. Energy and Environmental Materials. Wiley. doi: 10.1002/eem2.70242. ISSN 2575-0348.

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Kurzfassung

Proton exchange membrane water electrolysis (PEMWE) has emerged as one of the most promising technologies for large hydrogen (H2) production from renewable electricity. However, using iridium (Ir) in large quantities is a roadblock in widespread expansion of this technology. One strategy to reduce Ir loading in the anode is the use of an electroceramic support material. This study examines the structural and electrochemical evolution of Ir on antimony tin oxide (Ir/ATO) anodes under extended operation. Initial electrochemical performance demonstrates that low-loaded Ir/ATO (0.2 mgIr cm-2) can achieve a competitive current density of 2.82 A cm-2 at 2 V, comparable to state-of-the-art PEMWE catalysts. However, extended operation leads to a minimal but gradual decline in catalytic activity. Post-mortem analysis reveals changes in porosity and pore distribution, while atomic force microscopy (AFM) studies indicate ionomer degradation in anode catalyst layer (ACL). Transmission electron microscopy (TEM) reveals the dissolution of oxides of Sb and Sn from support material. Furthermore, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and X-ray absorption spectroscopy (XAS) confirmed the oxidation of metallic Ir (Ir0) to IrOxₓ·OHy species before and after operation. Understanding degradation in low-Ir PEMWEs is key to improving long-term stability. These results highlight the need for support stabilization and catalyst structuring to ensure durable performance.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/220314/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Comprehensive Analysis of the Degradation Phenomena of Proton Exchange Membrane Water Electrolyzers with Iridium on Antimony Tin Oxide Anodes
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Ambu, Sambal Shashanksambu (at) cen-mat.comNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Utsch, Nikolain.utsch (at) fz-juelich.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Morawietz, TobiasTobias.Morawietz (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-2291-9360199036969
Retuerto, Mariam.retuerto (at) csic.esNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Rojas, Sergiosrojas (at) icp.csic.esNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Usoltsev, Olegousoltsev (at) cells.esNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Goll, Miriammiriam.goll (at) gmx.netNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Garcia Sanchez, DanielDaniel.GarciaSanchez (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Glüsen, Andreasa.gluesen (at) fz-juelich.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Gago, AldoAldo.Gago (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
hosseiny, schwanshosseiny (at) cen-mat.comNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Friedrich, Kaspar AndreasAndreas.Friedrich (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:2025
Erschienen in:Energy and Environmental Materials
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.1002/eem2.70242
Verlag:Wiley
ISSN:2575-0348
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Proton exchange membrane water electrolysis, low iridium loading, durability, cost reduction
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, E - Materialen für die elektrochemische Energiespeicherung
Standort: Stuttgart
Institute & Einrichtungen:Institut für Technische Thermodynamik > Elektrochemische Energietechnik
Hinterlegt von: Garcia Sanchez, Dr Daniel
Hinterlegt am:08 Dez 2025 15:21
Letzte Änderung:08 Dez 2025 15:21

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