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<div class="csl-entry">Karan, B. (2021). <i>Influence of the ionomer content and dispersion solvent on the PEMWE performance and stability</i> [Diploma Thesis, Technische Universität Wien]. reposiTUm. https://doi.org/10.34726/hss.2021.84625</div>
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dc.identifier.uri
https://doi.org/10.34726/hss.2021.84625
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dc.identifier.uri
http://hdl.handle.net/20.500.12708/16806
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dc.description
Abweichender Titel nach Übersetzung der Verfasserin/des Verfassers
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dc.description.abstract
Diese Studie untersucht den Einfluss der Tintenzusammensetzung auf die Leistung der anodischen Katalysatorschicht (CL) bei der Protonenaustauschmembran-Wasserelektrolyse (PEMWE). Die Membran-Elektroden-Einheiten (MEAs) werden auf Abziehfolien vorbereitet und anschließend im Heißpressverfahren übertragen. Das Hauptziel besteht darin, einen effektiven Langzeitbetrieb zu ermöglichen, wobei der Gehalt an Iridium reduziert und die verbleibende Menge optimal ausgenutzt werden soll. Die Formulierung der für die CL-Herstellung verwendeten Katalysator-Drucktinten werden auf dieses Ziel hin abgestimmt und ermöglichen dadurch die Kommerzialisierung von großformatigen PEMWEs mit erhöhterMassenaktivität. Die Hauptbestandteile der Drucktinten sind dabei das Katalysatormaterial, der Ionomer und das Dispersionslösungsmittel. Die beiden zuletzt genannten Komponenten werden systematisch variiert und untersucht, um die Elektrolyseleistung der MEA-Zelle zu verbessern.Die Experimente mittels RDE (rotierende Scheibenelektrode) werden für den Vergleich von supporteten Katalysatormaterialien verwendet, um die Polarisationsreaktivität zu bestimmen und miteinander zu vergleichen. Ursprünglich wurde ein existierendes Protokoll, das auf der Forschung an Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellen (PEMFC) basiert, für dieTintenherstellung der siebbedruckten CLs verwendet. Durch ein modifiziertes Protokoll werden geeignete Trocknungsbedingungen, optimierte Ionomergehalte sowie eine vorteilhafte Auswahl von Dispersionslösungsmitteln für PEMWE Drucktinten erreicht.Die Ergebnisse zeigen, dass die leistungsfähigste anodische CL einen Nafion®-Gehalt vonm10 Gew.-% in der getrockneten CL hat, während für die Tintenrezeptur ein Massenverhältnis von 50:50 des Cyclohexanol-1,2-Propylenglykol-Gemisches verwendet wird. Dies führt aufgrund einer homogeneren Dispersion des trägerlosen Iridium black (Ir black) Katalysatorpulvers zu einem geringeren Innenwiderstand. Schließlich erzielen diese Verbesserungen ein Potential von 1,867 V @ 2 A/cm2. Die getestete MEA weist dabei einen Ir-Gehalt von 1,88 mg/cm2 innerhalb der anodischen CL auf. Dies wiederum führt zur Produktion von etwa 0,197 Standardlitern pro Minute (SLPM) Wasserstoff für jede Zelle mit einer aktiven Zellfläche von 10 cm2.
de
dc.description.abstract
This study examines the effect of the ink composition onto the performance of the anodic catalyst layer (CL) in a proton exchange membrane water electrolyser (PEMWE). The corresponding membrane electrode assemblies (MEAs) are prepared on decals and subsequently hot-press transferred. The main objective is to enable effective long-term operation, while the used iridium amount is reduced and the remaining amount optimally utilised. The formulation of the inks used for the CL manufacturing are adjusted to achieve this objective and will enable the commercialisation of large-scale PEMWEs with increased mass activity. The main components of the ink are the catalyst material, the ionomer and the dispersion solvent. Both liquid components are systematically varied to improve the electrolysis performance. Rotating disk electrode (RDE) experiments are used for the comparison of supported catalyst materials in order to determine and compare the polarisation reactivity. An existing protocol based on previous proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) research isoriginally used for the ink preparation of the screen-printed CLs. This protocol is modified to obtain optimised drying conditions, ideal ionomer contents as well as a beneficial selection of dispersion solvents for PEMWE inks.The best performing anodic CL has a Nafion® content of 10 wt% in the dried CL, while a 50:50 mass ratio of the cyclohexanol/propylene glycol mixture is used for the ink formulation. This results in lower internal resistance due to more homogeneous dispersion of the unsupported iridium black (Ir black) catalyst powder. Finally, these improvements lead to a potential of 1.867 V @ 2 A/cm2. The tested MEA has an Ir loading of 1.88 mg/cm2 within the anodic CL.This results in the production of approximately 0.197 standard litres per minute (SLPM) ofhydrogen for each cell with an active cell area of 10 cm2.
en
dc.language
English
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dc.language.iso
en
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dc.rights.uri
http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
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dc.subject
Membran-Elektroden
de
dc.subject
Farbzusammensetzung
de
dc.subject
Katalysatorschicht
de
dc.subject
membran-electrode
en
dc.subject
Colour composition
en
dc.subject
catalyst layer
en
dc.title
Influence of the ionomer content and dispersion solvent on the PEMWE performance and stability
en
dc.title.alternative
Einfluss des Ionomer-Gehaltes und der Dispersions-Lösung auf die PEMWE Performence und Stabilität
de
dc.type
Thesis
en
dc.type
Hochschulschrift
de
dc.rights.license
In Copyright
en
dc.rights.license
Urheberrechtsschutz
de
dc.identifier.doi
10.34726/hss.2021.84625
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dc.contributor.affiliation
TU Wien, Österreich
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dc.rights.holder
Benedikt Karan
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dc.publisher.place
Wien
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tuw.version
vor
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tuw.thesisinformation
Technische Universität Wien
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tuw.publication.orgunit
E166 - Institut für Verfahrenstechnik, Umwelttechnik und technische Biowissenschaften