Westfälisches Energieinstitut
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In this work, a novel polymer electrolyte membrane water electrolyzer (PEMWE) test cell based on hydraulic single-cell compression is described. In this test cell, the current density distribution is almost homogeneous over the active cell area due to hydraulic cell clamping. As the hydraulic medium entirely surrounds the active cell components, it is also used to control cell temperature resulting in even temperature distribution. The PEMWE single-cell test system based on hydraulic compression offers a 25 cm2 active surface area (5.0 × 5.0 cm) and can be operated up to 80°C and 6.0 A/cm2. Construction details and material selection for the designed test cell are given in this document. Furthermore, findings related to pressure distribution analyzed by utilizing a pressure-sensitive foil, the cell performance indicated by polarization curves, and the reproducibility of results are described. Experimental data indicate the applicability of the presented testing device for relevant PEMWE component testing and material analysis.
The present paper presents one- and two-step approaches for electrochemical Pt and Ir deposition on a porous Ti-substrate to obtain a bifunctional oxygen electrode. Surface pre-treatment of the fiber-based Ti-substrate with oxalic acid provides an alternative to plasma treatment for partially stripping TiO2 from the electrode surface and roughening the topography. Electrochemical catalyst deposition performed directly onto the pretreated Ti-substrates bypasses unnecessary preparation and processing of catalyst support structures. A single Pt constant potential deposition (CPD), directly followed by pulsed electrodeposition (PED), created nanosized noble agglomerates. Subsequently, Ir was deposited via PED onto the Pt sub-structure to obtain a successively deposited PtIr catalyst layer. For the co-deposition of PtIr, a binary PtIr-alloy electrolyte was used applying PED. Micrographically, areal micro- and nano-scaled Pt sub-structure were observed, supplemented by homogenously distributed, nanosized Ir agglomerates for the successive PtIr deposition. In contrast, the PtIr co-deposition led to spherical, nanosized PtIr agglomerates. The electrochemical ORR and OER activity showed increased hydrogen desorption peaks for the Pt-deposited substrate, as well as broadening and flattening of the hydrogen desorption peaks for PtIr deposited substrates. The anodic kinetic parameters for the prepared electrodes were found to be higher than those of a polished Ir-disc.
For proton exchange membrane water electrolysis (PEMWE) to become competitive, the cost of stack components, such as bipolar plates (BPP), needs to be reduced. This can be achieved by using coated low-cost materials, such as copper as alternative to titanium. Herein we report on highly corrosion-resistant copper BPP coated with niobium. All investigated samples showed excellent corrosion resistance properties, with corrosion currents lower than 0.1 µA cm−2 in a simulated PEM electrolyzer environment at two different pH values. The physico-chemical properties of the Nb coatings are thoroughly characterized by scanning electron microscopy (SEM), electrochemical impedance spectroscopy (EIS), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), and atomic force microscopy (AFM). A 30 µm thick Nb coating fully protects the Cu against corrosion due to the formation of a passive oxide layer on its surface, predominantly composed of Nb2O5. The thickness of the passive oxide layer determined by both EIS and XPS is in the range of 10 nm. The results reported here demonstrate the effectiveness of Nb for protecting Cu against corrosion, opening the possibility to use it for the manufacturing of BPP for PEMWE. The latter was confirmed by its successful implementation in a single cell PEMWE based on hydraulic compression technology.
Zentrale Raumlufttechnische Anlagen (RLT-Anlagen) sind für Betriebszeiten von fünfzehn und mehr Jahren konzipiert. Nicht selten werden die Geräte auch nach 25 Jahren Dank Retrofit weiterbetrieben. Unberücksichtigt bleibt dabei, ob die zukünftigen, klimatischen Bedingungen noch der Auslegung entsprechen. Zur Überprüfung der klimatischen Änderungen können sogenannte Testreferenzjahre (TRY – Test Reference Year) genutzt werden. Diese basieren für die heutige Auslegung auf den lokalen, stündlichen Wetterbedingungen im Bezugsjahr 2012 und zusätzlich auf modellbasierten Wetterdaten für das Bezugsjahr 2045.
Das Zentralluftgerät einer Krankenhaus-Intensivstation wurde für die 15 Wetter¬stationen der VDI 4710, Blatt 3 in Deutschland auf die Leistungsanforderungen von heute und für das Jahr 2045 untersucht. Zusätzlich wurden für den Standort Berlin die aktuellen Wetteraufzeichnungen im Sommer 2020 betrachtet. Daraus lassen sich Rückschlüsse ziehen, wie sich städtische Wärmeinseln (UHI – Urban Heat Islands) zukünftig auf den Energie- und Leistungsbedarf zur Gebäudeklimatisierung auswirken werden.
Die Auswirkungen auf die Wärme- und Kältespitzenleistung sowie der kumulierte Energiebedarf werden genauso analysiert wie der Befeuchtungsbedarf. Hieraus lassen sich die potenziellen Leistungsreserven abschätzen und die Klimaresilienz der Anlagentechnik bewerten.
Im zweiten Corona-Winter sollen die Schulen offenbleiben. Neben Fenster- und mechanischer Lüftung werden mobile Raumluftreiniger als sinnvolle Maßnahmen angesehen, um das Infektionsrisiko zu reduzieren. Dabei stellt sich die Frage, wie deren sicherer und zuverlässiger Betrieb gestalten sein muss. Gibt es bevorzugte Aufstellpositionen im Raum und wie wirkt sich die Luftbewegung auf die Behaglichkeit aus? Die Datenlage hierzu ist noch unzureichend (vgl. HLH-Interview mit Dr. Gommel, HLH 10/2021). Diese Fragen werden für einen typischen Seminar- und Klassenraum näher beleuchtet.