Titanium porous-transport layers for PEM water electrolysis prepared by tape casting

材料科学 多孔性 电解 流延 同步加速器 铸造 电解水 化学工程 复合材料 电解质 电极 冶金 烧结 化学 核物理学 物理化学 工程类 物理
作者
Jason Keonhag Lee,Grace Y. Lau,Mayank Sabharwal,Adam Z. Weber,Xiong Peng,Michael C. Tucker
出处
期刊:Journal of Power Sources [Elsevier]
卷期号:559: 232606-232606 被引量:30
标识
DOI:10.1016/j.jpowsour.2022.232606
摘要

While the porous-transport layer (PTL) is a key component in PEM electrolyzers, it is one of the most underexplored due to limited available structures. In this work, we present a novel PTL design for PEM water electrolyzers enabled by a cost-effective, scalable tape-casting technique. A precise control of the PTL pore structure is achieved by incorporating poreformers of various sizes, and by varying the titanium and poreformer ratio. The structures are characterized with SEM and synchrotron X-ray computed tomography imaging techniques. Comprehensive electrochemical performance analysis demonstrates that higher titanium loading provides improved contact at the catalyst-layer/PTL interface but suffers from severe mass-transport losses due to gas bubbles. We solve this mass-transport problem by mixing in large poreformer beads that produce a highly porous structure with excellent gas removal properties yet still maintaining mechanical integrity. The PTL fabricated with 60:40 Ti:PMMA ratio and 60 μm PMMA bead size outperformed the standard commercial Ti powder-based PTL by 62 mV at 4 A/cm2.
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