AiF-FV-Nummer 19817 BG

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


Status & Laufzeit

Laufend: 01.11.2017 bis 30.04.2020

Forschungsstellen

  • Hochschule Mittweida (FH) Fachgruppe Fertigungstechnik
    Technikumsplatz 17, 9648 Mittweida
    http://www.htwm.de/ft

  • Institut für Energie- und Umwelttechnik e.V.
    Bliersheimer Str. 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

Zusammenfassung

Im Rahmen der Energiewende ist eine Erweiterung der in das Verbundnetz integrierten Energiespeicher notwendig, um zukünftig die Versorgungssicherheit trotz eines sehr hohen Anteils volatiler regenerativer Energieerzeugungsanlagen zu ermöglichen. Wasserelektrolyseure auf Basis von Polymerelektrolytmembranen (PEM) sind eine effiziente Technologie zur Energiespeicherung durch Wasserstoffproduktion. Aufgrund hoher Elektrodenpotentiale und damit einhergehenden Korrosion werden heute, insbesondere auf der Anode, aufwändige Titanstrukturen und kostenintensive Iridiumkatalysatoren verwendet. Im Vorhaben IT-PEM soll eine neuartige Elektrodenstruktur für die Anwendung als Anode in PEM-Wasserelektrolyseuren entwickelt und erforscht werden. Durch vorteilhafte Präparationsverfahren soll erreicht werden, dass Elektrodensysteme mit bis zu 90% geringerem Katalysatoranteil und hierdurch kostengünstiger als heute üblich hergestellt werden können. Der innovative Ansatz beruht auf einer optimierten Elektrodenarchitektur, die mittels einer Titanoxidschicht mit verbesserter Leitfähigkeit erzeugt und in ein Streckmetall-System aus Titan integriert wird. Die eingebrachte Titanschicht dient hierbei als Träger für (elektro-)chemisch abgeschiedene Ir-Nanopartikel. Durch den optimierten Schichtaufbau kann das eingesetzte Katalysatormaterial effektiver genutzt und das Investitionsvolumen für PEM-Elektrolyseure insgesamt reduziert werden. Die Reduktion des Edelmetalleinsatzes und eine vereinfachte Zellstruktur werden aufgrund des verringerten Investitionsbedarfs insbesondere KMU in die Lage versetzen diese Technologie erfolgreich zu vermarkten und neue Geschäftsfelder zu etablieren. Das Projektziel ist die Entwicklung eines Demonstrator-Elektrodensystems zum Einsatz als Anode einer Wasserelektrolyse. Die zu entwickelnden Elektroden sollen mit kommerziell verfügbaren Membranen sowie auf Graphit basierenden Elektroden (nur Kathode) durch KMU zu Membran-Elektroden-Einheiten integriert werden.

Förderhinweis

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