Reversible energy storage on a fuel cell-supercapacitor hybrid device

Abstract

A new concept of energy storage based on hydrogen which operates reversibly near ambient conditions and without important energy losses is investigated. This concept involves the hybridization between a proton exchange membrane fuel cell and a supercapacitor. The main idea consists in the electrochemical splitting of hydrogen at a PEM fuel cell-type electrode into protons and electrons and then in the storage of these two species separately in the electrical double layer of a supercapacitor-type electrode which is made of electrically conductive large-surface area carbon materials. The investigation of this concept was performed first using a two-electrode fuel cell-supercapacitor hybrid device. A three-electrode hybrid cell was used to explore the application of this concept as a hydrogen buffer integrated inside a PEM fuel cell to be used in case of peak power demand.

Ein neues Konzept zur Energiespeicherung basierend auf Wasserstoff wurde untersucht, welches bei Standardbedingungen reversibel und ohne bedeutenden Energieverlust funktioniert. Es beinhaltet die Hybridisierung einer Brennstoffzelle und eines Superkondensators. Die Grundidee besteht in der elektrochemischen Spaltung von Wasserstoff in Protonen und Elektronen an einer PEM-Brennstoffzellen-Elektrode sowie in der separaten Speicherung beider Spezies in einer elektrolytischen Doppelschicht einer Superkondensator-Elektrode, die aus elektrisch leitfähigen Kohlenstoffmaterialien mit großer Oberfläche hergestellt ist. Die Untersuchung dieses Konzepts wurde zuerst an einem Hybrid aus zwei Elektroden - einer Brennstoffzelle und einem Superkondensator - durchgeführt. Mit einer Drei-Elektroden-Hybridzelle wurden die Möglichkeiten und Grenzen des Konzepts als Wasserstoffpuffer integriert in einer PEM-Brennstoffzelle untersucht. Dieser Puffer kann im Falle eines Spitzenleistungsbedarfs eingesetzt werden.