Analysis of PEM Water Electrolyzer Failure Due to Induced Hydrogen Crossover in Catalyst-Coated PFSA Membranes

聚合物电解质膜电解 质子交换膜燃料电池 电解质 电解 材料科学 化学工程 膜电极组件 电化学 过氧化氢 化学 电极 有机化学 生物化学 工程类 物理化学
作者
Eveline Kuhnert,Mathias Heidinger,Daniel Sandu,Viktor Hacker,Merit Bodner
出处
期刊:Membranes [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:13 (3): 348-348 被引量:20
标识
DOI:10.3390/membranes13030348
摘要

Polymer electrolyte membrane water electrolysis (PEMWE) is a leading candidate for the development of a sustainable hydrogen infrastructure. The heart of a PEMWE cell is represented by the membrane electrode assembly (MEA), which consists of a polymer electrolyte membrane (PEM) with catalyst layers (CLs), flow fields, and bipolar plates (BPPs). The weakest component of the system is the PEM, as it is prone to chemical and mechanical degradation. Membrane chemical degradation is associated with the formation of hydrogen peroxide due to the crossover of product gases (H2 and O2). In this paper, membrane failure due to H2 crossover was addressed in a membrane-focused accelerated stress test (AST). Asymmetric H2O and gas supply were applied to a test cell in OCV mode at two temperatures (60 °C and 80 °C). Electrochemical characterization at the beginning and at the end of testing revealed a 1.6-fold higher increase in the high-frequency resistance (HFR) at 80 °C. The hydrogen crossover was measured with a micro-GC, and the fluoride emission rate (FER) was monitored during the ASTs. A direct correlation between the FER and H2 crossover was identified, and accelerated membrane degradation at higher temperatures was detected.
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