AiF-FV-Nummer 21312

Entwicklung von kostengünstigen und nachhaltigen Elektrodensystemen im Pilotmaßstab auf Basis von optimierten Iridium/Ruthenium/Titanoxid-Schichten für den Einsatz in der PEM-Wasserelektrolyse

Status & Laufzeit

Abgeschlossen: 01.11.2020 bis 30.04.2024

Forschungsstellen

  • Institut für Umwelt & Energie, Technik & Analytik e. V.
    Bliersheimer Str. 58 - 60, 47229 Duisburg
    http://www.iuta.de

  • Westfälische Hochschule Gelsenkirchen Westfälisches Energieinstitut Arbeitsgruppe Wasserstoffenergiesysteme
    Neidenburger Str. 43, 45897 Gelsenkirchen
    http://www.energie.w-hs.de

  • Hochschule Mittweida (FH) Fachgruppe Fertigungstechnik
    Technikumsplatz 17, 09648 Mittweida
    http://www.htwm.de/ft

Zusammenfassung

Der Einsatz von Elektrolyseuren wird im Rahmen der Energiewende eine entscheidende Rolle einnehmen. Die Erzeugung von Wasserstoff dient als Puffer für das Stromnetz, indem die zeitlichen und räumlichen Differenzen zwischen Stromverbrauch und regenerativer, und somit volatiler, Einspeisung überbrückt werden. Aufgrund der hohen Leistungsdichten und der Möglichkeit des diskontinuierlichen Betriebs werden Elektrolyseure auf Basis von Polymerelektrolytmembranen (PEM) in vielen Szenarien gegenüber der alkalischen Elektrolyse bevorzugt. Für die dezentrale Speicherung regenerativ erzeugter elektrischer Energie werden kompakte, maßgeschneiderte Lösungen benötigt, was eine Kernkompetenz deutscher KMU darstellt. Im vorangegangen Vorhaben (19817 BG) werden erfolgreich neuartige Elektrodenstrukturen für die Anwendung als Anode in PEM-Wasserelektrolyseuren entwickelt. Das Vorhaben IT-PEM 2.0 soll an die Erfolge aus dem Vorgängervorhaben anknüpfen. Das Hauptziel der Verfahrensentwicklung ist es, die Anodenherstellung ausschließlich mit etablierten Prozessen und mit der in KMU vorhandenen Kompetenzen zu ermöglichen. Es soll eine Optimierung der Elektroden-Performance bei gleichzeitiger Vereinfachung des Herstellungsverfahrens erfolgen, wodurch das nötige Investitionsvolumen für eine industrielle Umsetzung gering gehalten und der Einstieg für KMU besonders attraktiv wird. Die Synthese der unterstöchiometrischen Titanoxidnanopartikel wird zukünftig in einem Prozessschritt möglich sein. Die Applikation der Partikel auf dem Substrat und der Sinterprozess werden ebenfalls zu einem skalierbaren Prozessschritt zusammengefasst. Zur Optimierung der Performance steht die Entwicklung eines Legierungselektrolyten zur galvanostatischen Abscheidung von Iridium/Ruthenium-Katalysatorpartikeln direkt auf der Elektrode im Fokus. Die Fertigung eines Demonstratorsystems im industrienahen Maßstab soll abschließend die Eignung der entwickelten Verfahren zur unmittelbaren Adaption durch KMU zeigen.

Förderhinweis

Das Forschungsvorhaben der Forschungsvereinigung Umwelttechnik wird / wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

Dokumente