Von katalytisch beschichteten Membranen zu konfigurationsbasierten porösen Transportelektroden in PEM-Wasserelektrolyseuren

Bisher war das überlegene Zellpolarisierungsverhalten von Membranelektrodenanordnungen (MEAs), die katalytisch beschichtete Membranen (CCMs) verwenden, im Vergleich zu denen, die poröse Transportelektroden (PTEs) nutzen, ein Paradigma in der Protonenaustauschmembran-Wasserelektrolyse (PEMWEs). Dieses Paradigma wurde jedoch bisher weder systematisch untersucht noch verstanden. In dieser Studie untersuchen wir die Änderungen im Polarisierungsverhalten von PEMWEs, indem wir die MEA schrittweise von einer vollständigen CCM- zu einer vollständigen PTE-typologischen Konfiguration ändern. Wir erklären alle beobachteten Ergebnisse anhand der Idee eines strukturellen Modells von diskontinuierlichen Katalysatorschichten. Unsere Ergebnisse zeigen, dass MEAs auf PTE-Basis bei Stromdichten über 750 mA cm−2 ein besseres Polarisierungsverhalten aufweisen können als CCMs. Daher wurde das vorherrschende Paradigma widerlegt. CCMs zeigten eine bessere Kinetik, während PTE-typologische Konfigurationen trotz rauerer Oberflächen reproduzierbarer funktionierten als CCMs. Aufgrund des Trends zu einer stabilisierenden HFR-freien Zellenspannung wird ein verbessertes Massenverkehrsverhalten der PTE-typologischen Konfigurationen bei hohen Stromdichten angenommen. Innerhalb der Fehlertoleranz konnten keine deutlichen Unterschiede im ohmschen Widerstand zwischen PTE- und CCM-basierten Konfigurationen festgestellt werden. Wir schließen daraus, dass PTE-basierte Konfigurationen für PEMWE, als Alternativen zu standardmäßigen CCM-Konfigurationen, für zukünftige Fertigungstechniken, die von den Anforderungen der Anwendung abhängen, von großer Bedeutung sein könnten.