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Novel materials and system designs for low cost, efficient and durable PEM electrolysers

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Günstige und effiziente Wasserstoffproduktion

Die Elektrolyse ist eine wichtige neue Technologie zur Herstellung von Wasserstoff als Energieträger. Ein von der EU finanziertes Projekt hat neuartige Materialien für hochleistungsfähige und kostengünstige Elektrolyseure entwickelt.

Energie

Die Elektrolyse per Polymerelektrolytmembran (PEM) birgt Potenzial für die saubere und sichere Herstellung von Wasserstoff und Sauerstoff. Trotz der zahlreichen Vorteile gegenüber der alkalischen Elektrolyse, haben hohe Kapitalkosten die großflächige Verbreitung dieser Technik in der Wasserstoffproduktion verhindert. Die hohen Kosten resultieren hauptsächlich aus dem Einsatz von teuren Materialien, dem hohen Materialeinsatz, der begrenzten Haltbarkeit der PEM-Hauptkomponenten und komplexen Stapelkonstruktionen. Im Rahmen des EU-finanzierten Projekts NOVEL (Novel materials and system designs for low cost, efficient and durable PEM electrolysers) hatten acht europäische Partner ihre Kräfte vereint, um hochleistungsfähige Elektrolyseure mit einem Wirkungsgrad der Wasserstofferzeugung von 75 % zu entwickeln. Aufbauend auf dem Erfolg eines Vorgängerprojekts entwickelte und demonstrierte NOVEL neuartige Materialien und konkurrenzfähige PEM-Technik mit geringeren Kosten für Membran, Elektrode und Bipolarplatte und steigerte zudem die Leistungsfähigkeit der Membran-Elektroden-Einheit (MEA). Des Weiteren gewährleisten die neuen Materialien eine längere Lebensdauer der kritischen PEM-Komponenten sowie den kostengünstiger Betrieb des Elektrolyseurs unter hohen Drücken. Die Forscher arbeiteten ausgiebig daran, das Verständnis der wichtigsten Zersetzungsprozesse an PEMs zu vertiefen und zu verbessern. Es wurden Einzelzell-Erosionstests durchgeführt, um den Einfluss von Temperatur und Stromdichte zu untersuchen. Aus den Resultaten geht hervor, dass die Erosion der Membran hauptsächlich an der Kathodenseite stattfindet. Sie entwickelten gleichermaßen neue Membranmaterialien und Elektrokatalysatoren, die in die großtechnische Produktion von Membranelektrodeneinheiten übernommen werden sollten. Das Projektteam stellte außerdem neue, kostengünstigere Beschichtungen für Bipolarplatten und Stromsammler her, um die teureren Titan- oder Edelmetallmaterialien zu ersetzen. Mit dem Einsatz neuer Materialien wird die Bildung von hohem Kontaktwiderstand unterdrückt und die Korrosionsbeständigkeit gesteigert. Die richtige Auswahl der Membranmaterialien ist von entscheidender Bedeutung für das Leistungsverhalten, die Haltbarkeit und die Kosten von Membranelektrodeneinheiten. Protonenaustauschmembranen auf Grundlage von durch Strahlungspfropfung synthetisierten Polymeren stellen im Vergleich zu den hochmodernen perfluorierten Membranen eine kostengünstige Option dar.

Schlüsselbegriffe

Wasserstofferzeugung, Wasserstoffproduktion, Polymer-Elektrolytmembran NOVEL, PEM-Elektrolyseure, Membran-Elektroden-Einheit

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