Topologically Optimized Anode Catalyst Layers of Proton Exchange Membrane Water Electrolyzers

质子交换膜燃料电池 阳极 电解质 催化作用 材料科学 化学工程 可再生能源 电化学 拓扑(电路) 工艺工程 纳米技术 电极 化学 工程类 电气工程 有机化学 物理化学
作者
Patcharawat Charoen‐amornkitt,Mehrzad Alizadeh,Takahiro Suzuki,Shohji Tsushima
出处
期刊:ECS transactions [Institute of Physics]
卷期号:111 (4): 87-95 被引量:19
标识
DOI:10.1149/11104.0087ecst
摘要

Proton exchange membrane water electrolyzers (PEMWEs) are a promising technology for producing clean hydrogen, but their widespread commercialization is limited by high costs, especially due to their high loadings of expensive iridium-based catalysts. This study focuses on the development of a model to simulate the physics of the anode catalyst layer in PEMWEs and the use of topology optimization to search for an optimal structure. The goal is to maximize cell performance by controlling the volume fractions of electrolyte and carbon-supported catalyst materials. By optimizing the structure of the anode catalyst layer using topology optimization, a significant increase in electrochemical reaction by approximately 40% compared to a case with the homogeneously distributed electrode can be achieved. This could be a crucial step towards developing high-performance PEMWE systems that could be used to store renewable energy and reduce reliance on traditional fossil fuels.
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