SpinCat – Spinpolarisierte Katalysatoren für die energieeffiziente AEM-Wasserelektrolyse

Im Rahmen des von der EU geförderten Projekts »SpinCat« untersucht das Fraunhofer ISE neuartige spinpolarisierte Katalysatoren zur Effizienzsteigerung der AEM-Elektrolyse. Diese innovativen Katalysatoren werden in einem internationalen Konsortium entwickelt, getestet und schließlich am Fraunhofer ISE mit eigens entworfener Hardware vermessen.

Das EU-Projekt »SpinCat« untersucht eine vielversprechende Klasse von Katalysatoren für die Sauerstoffbildungsreaktion (OER – Oxygen Evolution Reaction) in der Wasserelektrolyse. Hauptziel ist es, neuartige edelmetallfreie, spinpolarisierte Katalysatoren zu entwickeln und deren Aktivität unter dem Einfluss von Magnetfeldern zu evaluieren. Da bei der AEM-Elektrolyse ein alkalisches Milieu herrscht, ist es – im Gegensatz zu sauren PEM-Elektrolyseuren – möglich, die gesamte Bandbreite edelmetallfreier Katalysatoren zu erforschen und zu testen. Im Projektkonsortium arbeiten die Partner entlang der gesamten wissenschaftlichen Wertschöpfungskette:

1. Edelmetallfreie Katalysatoren werden mit Hilfe eines allgemeinen theoretischen Modells zum Einfluss des Elektronenspins durch den Projektpartner MagnetoCat identifiziert.
2. Das Design und die Produktion der vielversprechendsten Katalysatoren im Labormaßstab sowie eine erste elektrochemische Charakterisierung erfolgen durch den Projektpartner INL.
3. Die weitere Charakterisierung und der Aufbau eines tiefgehenden Verständnisses des Effekts der magnetisch verstärkten OER werden von der Technischen Universität Eindhoven realisiert.
4. Die Projektpartner Hydrolite und Fraunhofer ISE entwickeln neue Methoden und Hardware, um die entwickelten Katalysatoren im Labormaßstab für die AEM-Elektrolyse zu testen.

Die Leistungen des Fraunhofer ISE umfassen folgende Schwerpunkte:

• Konzeptionierung, Design und Aufbau eines neuartigen drucklosen AEM-Elektrolyse-Teststandes zur Vermessung der neu entwickelten Katalysatoren unter industrienahen Betriebsbedingungen. Die Highlights des Teststandes sind die komplette Ausführung in hochbeständigen Spezialkunststoffen zur Minimierung von Querkontaminationen, die vollautomatisierte Betriebsweise zur Durchführung von Langzeittests über mehrere 100 Stunden, sowie der allgemeine Teststandsaufbau, der nach allen gängigen Industriestandards durchgeführt wurde (»CE-ready«).
• Konzeptionierung, Design und Aufbau einer neuartigen AEM-Laborelektrolysezelle (4 cm²) zur Vermessung der Katalysatoren unter industrierelevanten Bedingungen mit und ohne Magnetfeldern. Die Zelle basiert dabei auf einem etablierten Design, welches am Fraunhofer ISE seit mehreren Jahren mit großem Erfolg in der PEM-Elektrolyse eingesetzt wird.
• Entwicklung und Erprobung komplexer Messprotokolle zur umfassenden Charakterisierung der in »SpinCat« entwickelten Katalysatoren zur vollständigen Charakterisierung der elektrochemischen Performance und auch der Langzeitstabilität.
• Erarbeitung einer Verwertungsstrategie für die im Projekt entwickelten Lösungen, einschließlich Patentrecherchen, Marktanalysen und IP-Überwachung.

Mit der Arbeit in »SpinCat« unterstützt das Fraunhofer ISE die Entwicklung der übernächsten Generation hocheffizienter Elektrolyseure mit deutlich reduziertem Einsatz kritischer Rohstoffe.

Dieses Projekt wurde durch das Forschungs- und Innovationsprogramm Horizon 2020 der Europäischen Union unter der Finanzhilfevereinbarung 964972 gefördert.