高差圧で動作するPEM水電解槽におけるH2クロスオーバーを軽減するガス再結合触媒層の有効性

プロトン交換膜水電解槽（PEMWE）のギガワット規模の展開は、1/kgのH2でグリーン水素を生産するために、米国エネルギー省（DOE）の最終コスト目標達成には、高い電流密度におけるオーム損失を低減するために薄い膜の使用と、全体のシステム効率を改善するための差圧運転が必要です。1 高差圧運転は、PEMを通る水素の大幅なクロスオーバーを引き起こし、アノードでの可燃ガス混合物（O2中のH2が>4％）の形成により安全上の懸念を生じさせます。2 したがって、PEMWEを大規模に展開する成功は、安全な高効率運用を可能にするためにアノードでの水素濃度を低下させる成功した実施戦略に依存しています。これらの戦略には、膜内、PTLまたはアノードガス出口でのガス再結合触媒（GRC）の導入が含まれます。しかし、高差圧でのPEMWE性能と水素クロスオーバー率に対するGRC層の影響は十分に理解されていません。本研究では、差圧（最大30バール）で動作するPEMWEと組み合わせた熱伝導率検出器を用いたインオペランドガスクロマトグラフィーを使用して、PEMを通じた水素クロスオーバー率を定量化します。このセットアップを使用して、PEMWE膜電極アセンブリ（MEA）に組み込まれたガス再結合層が可燃ガス混合物の形成リスクを軽減する有効性を評価します。さらに、高差圧運転がPEMWEの性能、耐久性、運用安全性に及ぼす影響についても議論します。参考文献：（1）Ayers, K.; Danilovic, N.; Harrison, K.; Xu, H. PEM電解、クリーン水素の先駆け。Electrochem Soc Interface 2021, 30 (4), 67–72。https://doi.org/10.1149/2.F16214IF。（2）Bernt, M.; Schröter, J.; Möckl, M.; Gasteiger, H. A. 高圧および高電流密度で動作するPEM水電解槽におけるガス浸透現象の分析。J Electrochem Soc 2020, 167 (12), 124502。https://doi.org/10.1149/1945-7111/abaa68.