NOVEL – Charakterisierung von Hochdruckstacks

Durch die elektrolytische Zersetzung von Wasser wird in einer Polymer-Elektrolyt-Membran (PEM)-Elektrolysezelle unter Verwendung erneuerbarer Energiequellen regenerativer Wasserstoff erzeugt. Wasserstoff kann als speicherbarer Sekundärenergieträger in vielfältigen Anwendungen zum Einsatz kommen. Ziel des Projekts »NOVEL« ist die Entwicklung neuartiger, effizienter und kostenoptimierter Zellkomponenten für den Elektrolyse-Zellstapel (Stack) und die Erprobung geeigneter Testprozeduren zur Untersuchung der Langlebigkeit und zur Ableitung von beschleunigten Alterungstests. Bei erfolgreichem Abschluss des Projekts soll ein Demonstrator-Stack Wasserstoff mit einer Effizienz von > 85 % (HHV), und einer Degradationsrate von < 15 µV/h produzieren. Es sollen spezifische Stackkosten von < 2000 € / (Nm³ h-1 H2) erreicht werden.

Im Projekt »NOVEL« arbeitet das Fraunhofer ISE zusammen mit europäischen Partnern aus Industrie und Forschung aus fünf verschiedenen Staaten an der Verbesserung von Materialien und Komponenten für die PEM-Elektrolyse. Unter anderem werden alternative Membranen synthetisiert, die eine geringere Wasserstoff- und Sauerstoffpermeation, erhöhte mechanische Stabilität und eine erhöhte ionische Leitfähigkeit aufweisen, als das bisher verwendete Standardmaterial. Mit Strahlung gepfropfte und sulfonierte Membranen auf Basis von ETFE zeigen vielversprechende Ergebnisse. Diese Membranen werden in einem weiteren Schritt mit neuartigen Katalysatormaterialien für die Anode beschichtet, die in ihrer katalytischen Aktivität erhöht und ihrem Edelmetallanteil reduziert werden. Hierfür werden verschiedene Herstellungs- und Beschichtungsverfahren von Iridium basierten Katalysatoren auf Niob und / oder Tantal dotiertem Titandioxid-Träger untersucht. Um die Stabilität der Titan-Bauteile zu verbessern, werden korrosionsbeständige Schutzschichten entwickelt, die vor allem die Ausbildung von hochohmigen Passivierungsschichten verhindern sollen. Die neu entwickelten Materialien werden in bestehenden Testzellen in Standardcharakterisierungs- und Langzeitprozeduren getestet und das Zusammenspiel verschiedener Degradationseffekte untersucht. Zudem optimiert das Fraunhofer ISE ein vorhandenes Stackdesign, so dass die entwickelten Komponenten kostengünstig und effizient bei Drücken bis zu 50 bar eingesetzt werden können.