En jämförande studie av elektroder och membran för vattenelektrolys med jonbytande membran

Vätgas kan framställas från förnybara energikällor genom vattenelektrolys med anjonbytande membran (AEMWE). AEMWE har vissa fördelar jämfört med traditionell alkalisk vattenelektrolys och elektrolysmed protonledande membran. Till exempel finns det möjlighet att använda alkalisk elektrolyt (även rent vatten) och billiga platinagruppsmetallfria katalysatorer tillsammans med ett anjonbytesmembran. Den största utmaningen med tekniken är att uppnå utmärkt och stabil prestanda för membran och elektroder. AemionTM anjonbytande membran (AEMs) av olika tjocklek, vattenupptag och kapacitet undersöktes i ett AEMWE system med 5 cm2 elektrodarea. Elektrokemisk prestanda hos dessa kommersiella AEM studerades med hjälp av porösa nickel elektroder. Bland de undersökta membranen visade AF2-HWP8-75-X stabil prestanda med en högfrekvent resistans (HFR) på 90 mΩ•cm2 och kunde nå en strömtäthet på 0,8 A/cm2 vid 2,38 V med 1 M KOH vid 60 ˚C. AEMWE med AF2-HWP8-75-X och olika elektrodkombinationer undersöktes under samma driftsförhållanden. En elektrodkombination med Raney-Ni och NiFeO som katod respektive anod visade bäst prestanda under utvärderingen och gav en strömtäthet på 1,06 och 3,08 A/cm2 vid 2,00 respektive 2,32 V. KOH-lösningens temperatur och koncentration sänktes till 45 ˚C respektive 0,1 M för att undersöka effekten av driftsparametrar på flödescellens prestanda. Flödescellen uppvisade god stabilitet under de nya driftsförhållandena, men dess prestanda minskade avsevärt. Den nådde en strömtäthet på 0,8 A/cm2 vid 2,25 V.Hydrogen can be produced from renewable energy sources using a novel anion exchange membrane water electrolysis (AEMWE) system. AEMWE has some benefits over the currently used state-of-the-art alkaline and proton exchange membrane water electrolysis systems. For instance, there is a possibility of using alkaline electrolytes (even pure water) and low-cost platinum-group-metal free catalysts together with an ion exchange membrane. However, the main challenge is that the AEMWE system should show excellent and stable performance, depending on the stability of the membrane and the electrodes. AemionTM anion exchange membranes (AEMs) of different thickness and water uptake capacity were investigated using a 5 cm2 AEMWE system. The electrochemical behaviour of these commercial AEMs was studied using nickel (Ni) felt electrodes. Among the investigated AEMs, the AF2-HWP8-75-X showed stable performance with a high frequency resistance (HFR) of 90 mΩ•cm2 and was able to reach a current density of 0.8 A/cm2 at 2.38 V using 1 M KOH at 60 ˚C. AEMWE systems based on AF2-HWP8-75-X and different electrode combinations were examined under the same operating conditions. An electrode combination with Raney-Ni and NiFeO as cathode and anode, respectively, showed the best performance during the degradation test and provided a current density of 1.06 and 3.08 A/cm2 at 2.00 and 2.32 V, respectively. The operating temperature and concentration of the KOH solution were reduced to 45 ˚C and 0.1 M, respectively, to study the effect of operating parameters on the flow cell performance. The flow cell showed good stability under the new operating conditions, but its performance was reduced significantly. It reached a current density of 0.8 A/cm2 at 2.25 V