NovElyTi_PTE – Multilayer NovElyTi porous transport layers for polymer electrolyte water electrolysis

• Forschungsstelle: BFE
• Projektnummer: SI/502629

Kurzbeschreibung (Englisch)

Two layer NovElyTi (Novel Electrolysis Titanium) materials for polymer electrolyte water electrolysis (PEWE) have initally been developed in a BFE project (PhD Schuler, 2017-2020). The two layer structures allowed to improve the anode catalyst utilization (IrO2) for conventional IrO2 loadings and are about to be commercialized by licensing the patents to international com-panies. In the present project the two-layer structures are further developed to multi-layer (up to 4 layers) that will also allow to use very low loadings of IrO2. Low IrO2 loadings at the anode is one of the most important general development goals for PEWE.

Schlussbericht (Deutsch)

Für die Polymer-Elektrolyt-Wasserelektrolyse (PEWE) ist an Anode (Sauerstoffentwicklung) aufgrund der hohen Potenziale (> 1,5 V) ein elektrochemisch stabiles, poröses Material erforderlich. Heute werden für diesen Zweck poröse Titanstrukturen eingesetzt. In einem früheren, vom BFE finanzierten Projekt wurden poröse Titan-Transportmaterialien (NovElyTi-Materialien) für die PEWE entwickelt, die derzeit in Lizenzverhandlungen mit internationalen Partnern stehen. Die glatten Oberflächen der NovElyTi-Materialien sind ein ideales Basismaterialien für die Weiterentwicklung von Materialien, die eine hohe Katalysator-Nutzung auch bei niedrigen IrO2-Beladungen ermöglichen. Heute bestehen NovElyTi-Materialien aus zwei Schichten: einer Trägerschicht und einer mikroporösen Schicht. Das vorliegende Projekt beschäftigt sich daher mit der Weiterentwicklung dieser Zweischichtstrukturen hin zu Multischichtmaterialien, die den Einsatz von sehr geringen IrO2-Beladungen ermöglichen. Dieser Projektbericht beschreibt die Herstellung und Charakterisierung von 3- Materialien mit nochmals feinerer Oberfläche, er beschreibt die Resultate welche mit einem neuen Katalysator, der optimiert für tiefe Beladungen ist, und der letzte Teil beschäftigt sich mit einem neuen Konzept, bei dem TiN anstelle einer PGM-Schicht verwendet wird, um den Kontaktwiderstand zwischen der Katalysatorschicht und der porösen Transportschicht zu verringern.

Schlussbericht (Englisch)

For polymer electrolyte water electrolysis (PEWE), at the anode, due to the high potentials (> 1.5 V), an electrochemically stable porous material is required. Today, porous titanium structures are applied for this purpose. In a previous BFE-financed project, titanium porous transport materials (NovElyTi materials) have been developed for PEWE which today are discussed for licensing with international partners. The smooth surface NovElyTi materials are expected to serve as ideal base materials for the further development of materials that offer high catalyst utilization also at low IrO2 loadings. Today, NovElyTi materials consist of two layers: a support base layer and a microporous layer. Therefore, this project is about the further development of two-layer structures into multilayer materials, allowing the use of very low loadings of IrO2 in the adjoint catalyst layer. This report describes the fabrication and the characterization of the materials and shows that indeed the 3rd layer improves catalyst utilization. Further the evaluation of a new catalyst, optimized for low loadings is described, while the last part is about a new concept using TiN instead of a PGM layer to reduce the contact resistance between the catalyst layer and the porous transport layer.

Main findings

1. PSI now can prepare in-house (with automated spray technique & sintering), titanium porous transport layers for PEWE that have a very fine (5 um particle size) surface layer.

2. It is shown that when using these materials in PEWE cells (at a loading of 0.5 mgIrcm-2 IrO2), the catalyst utilization is higher and performance better than with the standard materials.

Zugehörige Dokumente

• Final Report [PDF] 1'190 kB