POWER-MEE – Lebensdauer- und Leistungserhöhung (POWER) von Polymerelektrolytmembranelektrolyseuren durch Hochleistungsmembranelektrodeneinheiten (MEE)

Das zentrale Ziel von POWER-MEE besteht darin, Hochleistungs-Membranelektrodeneinheiten (MEAs) mit geringer Katalysatorbeladung und Polarisation in den Elektroden sowie sehr guten Transporteigenschaften in der Elektrolytmembran zu erforschen und zu entwickeln. Ein weiteres Ziel ist die Untersuchung und Reduktion von Alterungseffekten in den MEAs.

Das Fraunhofer ISE beschäftigt sich in mehreren Projekten mit der Alterungsanalyse von kommerziellen Standard- und neuentwickelten Zellkomponenten. Ziele in diesem Verbundvorhaben sind die Aufdeckung treibender Degradationseffekte in den neu entwickelten Komponenten der Membran-Elektroden-Einheiten auf Membran- und Elektrodenebene.

Teilziel 1: Entwicklung neuer Hardware zur Charakterisierung der MEA. Um die MEA genau charakterisieren und gezielt altern zu können ist es wichtig, eine entsprechende Testzelle zu entwickeln. Dabei ist es von höchster Wichtigkeit, dass die Alterung der MEA nicht durch sonstige Alterungseffekte der Zelle überlagert wird. Dazu müssen beispielsweise korrosionsstabile Stromplatten hergestellt werden. Eine In-situ Charakterisierung von Temperaturen und Überspannungen ist wünschenswert, um auch spätere Simulationen der Projektpartner validieren zu können. Das erste Teilziel innerhalb des Verbundvorhabens ist daher die Entwicklung einer Elektrolysezelle zur Charakterisierung der MEA. Die aktive Fläche der Elektrolysezelle wird zunächst für Schnelltests auf 4 cm² beschränkt und später auf 25 cm² erweitert.

Teilziel 2: Entwicklung von Schnellalterungstests. Die Entwicklung von Schnellalterungstest ist essentiell um die Langzeitstabilität von Zellkomponenten in einem angemessenen Zeitraum zu überprüfen. In dem Projekt sollen die Alterungsmechanismen auf der Ebene der Membranelektrodeneinheit zunächst identifiziert werden. Aus den bekannten Alterungsmechanismen und Testprozeduren im Brennstoffzellenbereich sollen beschleunigte Alterungsprotokolle entwickelt werden. Diese sollen danach gezielt zur elektrochemischen Untersuchung eingesetzt werden. Im Verbund mit der 3D-Mikrostrukturanalyse und der elektrochemischen Modellierung kann eine gerichtete Aufklärung und Quantifizierung von Alterungsmechanismen und Leistungscharakteristika in der Elektrolyse gewährleistet werden. Das Ziel ist es damit einen validierten Schnellalterungstest zu entwickeln.