0,2 mm dicker gesinterter SS316L-Faserfilz für AEM-Elektrolyseur

Der 0,2 mm dicke gesinterte SS316L-Faserfilz von TOPTITECH für AEM-Elektrolyseure dient als kritische poröse Transportschicht (PTL) und Gasdiffusionsschicht (GDL) in Anionenaustauschmembran-Wasserelektrolysesystemen und wurde speziell zur Optimierung der Zweiphasenströmungsdynamik auf der Anodenseite entwickelt. Dieses ultradünne Material wird aus 316L-Edelstahlfasern mit einem Durchmesser von Mikrometern-durch Hochtemperatur-Vakuumsintern hergestellt und erreicht neben einem dreidimensionalen, nicht{9}}faserigen Netzwerk eine Porosität von über 75 %. Diese spezielle Architektur gewährleistet ein optimales Gleichgewicht zwischen der Durchlässigkeit quer-der Ebene für einen effektiven Hydroxidionentransport und der elektrischen Leitfähigkeit in der -Ebene für minimale ohmsche Verluste. Im Gegensatz zu gewebten Netzen oder gesinterten Pulvern bietet dieser faserbasierte Filz eine größere spezifische Oberfläche für die Katalysatorhaftung und behält gleichzeitig die mechanische Nachgiebigkeit bei, die für einen engen Kontakt der Membran-Elektrodenbaugruppe (MEA) unter Betriebsdruck erforderlich ist.

Der 0,2 mm dicke gesinterte SS316L-Faserfilz für AEM-Elektrolyseure von TOPTITECH nutzt die inhärente Korrosionsbeständigkeit von 316L-Edelstahl in der alkalischen Umgebung und bietet eine kostengünstige Alternative zu PTLs auf Nickel- oder Titanbasis-, ohne die Haltbarkeit bei typischen AEM-Betriebstemperaturen von bis zu 60 Grad zu beeinträchtigen. Seine Gradientenporenstruktur erleichtert die schnelle Ablösung von Gasblasen von den katalytischen Stellen und reduziert so Massentransportüberpotentiale bei erhöhten Stromdichten erheblich. Darüber hinaus verhindert die glatte, gratfreie Oberflächenbeschaffenheit des Filzes den mechanischen Abrieb der AEM-Membran, während seine hohe Schmutzaufnahmekapazität eine stabile Langzeitleistung gewährleistet, indem die Verschmutzung durch Speisewasserverunreinigungen verringert wird. Dieses Material ist in anpassbaren Abmessungen erhältlich und ermöglicht eine nahtlose Integration sowohl in Forschungs- und Entwicklungszellen im Labormaßstab als auch in Elektrolyseurstapel im industriellen Maßstab für die Produktion von grünem Wasserstoff.

• Material: SS316L
• Größe: 100x100mm
• Dicke: 0,2 mm
• Porengröße: 20 um
• Porosität: 70 %
• Technik: Sintern

Hervorragende elektrische Leitfähigkeit und niedrige Ohmsche Verluste

 

Das dreidimensionale, nicht-faserige Netzwerk schafft einen ununterbrochenen leitfähigen Pfad durch das Material. Diese gesinterte Struktur gewährleistet eine hervorragende Leitfähigkeit in der Ebene und durch die Ebene, minimiert ohmsche Überspannungen und ermöglicht einen effizienten Elektronentransfer von der Katalysatorschicht zur Bipolarplatte bei Betrieb mit hoher Stromdichte.

Hohe Porosität für optimierten Zwei-Phasenfluss

 

Mit einer Porosität von 70 % bietet dieser Filz ein hochpermeables Medium für das Eindringen von Elektrolyten und eine effiziente Gasblasenablösung. Das hohe Hohlraumvolumen reduziert Überpotentiale beim Massentransport erheblich, indem es die schnelle Entfernung von Sauerstoffgas aus den aktiven Stellen der Anode erleichtert und so eine stabile Leistung auch bei erhöhten Stromdichten gewährleistet.

Robuste mechanische Festigkeit und strukturelle Integrität

 

Durch die metallurgischen Sinterverbindungen an den Faserkreuzungspunkten entsteht eine starre, selbst{0}}tragende Struktur, die den Druckkräften beim Stapelaufbau standhält. Diese mechanische Nachgiebigkeit gewährleistet einen engen, gleichmäßigen Kontakt mit der Membran ohne Sprödbruch oder plastische Verformung und sorgt so für eine gleichbleibende Leistung über einen längeren Betrieb.

Kostengünstige Materialauswahl für alkalische Umgebungen

 

Dieser aus 316L-Edelstahl gefertigte Filz stellt eine deutlich wirtschaftlichere Alternative zu PTLs auf Nickel- oder Titanbasis- dar. In der harmlosen alkalischen Umgebung eines AEM-Elektrolyseurs bietet 316L ausreichende Korrosionsbeständigkeit und thermische Stabilität bis zu 600 Grad und bietet eine leistungsstarke Lösung zu einem Bruchteil der Materialkosten.

Anodenporöse Transportschicht (PTL) für die Sauerstoffentwicklungsreaktion (OER)

Bei der AEM-Wasserelektrolyse fungiert dieser 0,2 mm dicke gesinterte SS316L-Faserfilz als primäre poröse Transportschicht (PTL) auf der Anodenseite, positioniert zwischen der Katalysatorschicht und der Bipolarplatte. Seine hohe Porosität (70 %) und sein dreidimensionales Vliesnetzwerk ermöglichen einen effizienten Zwei-Phasen-Fluss, der das Eindringen von Elektrolyten ermöglicht und gleichzeitig eine schnelle Ablösung der Sauerstoffgasblasen von den aktiven Stellen ermöglicht. Dadurch werden Massentransportüberpotentiale minimiert und ein stabiler Betrieb bei erhöhten Stromdichten von bis zu mehreren Ampere pro Quadratzentimeter gewährleistet.

Integrierter OER-Elektrokatalysator und PTL (Katalysator-Freie Konfiguration)

Aktuelle Forschungsergebnisse zeigen, dass Edelstahlfilz eine inhärente elektrokatalytische Aktivität für die Sauerstoffentwicklungsreaktion (OER) in alkalischen Umgebungen aufweist. Dieser 0,2 mm dicke SS316L-Faserfilz kann ohne zusätzliche Katalysatorbeschichtung als kombinierter OER-Elektrokatalysator und poröse Transportschicht dienen und erreicht in AEM-Elektrolyseuren 1 A cm⁻² bei 1,74 V Zelle. Diese bifunktionale Fähigkeit vereinfacht die Elektrodenarchitektur, reduziert den Einsatz von Edelmetallkatalysatoren und bietet eine kostengünstige Plattform für die Entwicklung von Membran-Elektrodenbaugruppen (MEA).

Zero-Gap Cell Assembly-Komponente

Die Dicke von 0,2 mm wurde speziell für Zellenkonfigurationen ohne Lücken in AEM-Elektrolyseuren entwickelt, bei denen ein enger Kontakt zwischen Membran, Katalysatorschicht und PTL für die Minimierung ohmscher Verluste entscheidend ist. Dieser ultradünne Filz sorgt für die erforderliche mechanische Nachgiebigkeit unter Stapelkompression und behält gleichzeitig die strukturelle Integrität bei, sorgt für eine gleichmäßige Stromverteilung über den aktiven Bereich und verringert den Kontaktwiderstand mit benachbarten Komponenten.

Kathodensubstrat für die Wasserstoffentwicklungsreaktion (HER)

Auf der Kathodenseite dient dieser gesinterte SS316L-Faserfilz als leitfähiges Substrat und Gasdiffusionsschicht für die Wasserstoffentwicklungsreaktion (HER). Seine hohe spezifische Oberfläche bietet Verankerungspunkte für HER-Katalysatoren, während das poröse Netzwerk eine effiziente Entfernung von Wasserstoffgas aus der Katalysatorschicht ermöglicht. Die Korrosionsbeständigkeit des Materials in der alkalischen kathodischen Umgebung gewährleistet eine lange Haltbarkeit bei kontinuierlicher Wasserstoffproduktion.

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