Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM
Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM

Hocheffiziente Elektroden

Materialien für gaserzeugende Reaktionen

Die Gewährleistung der Rohstoffverfügbarkeit ist aus sicherheitspolitischen und energiestrategischen Gründen unabdingbar. Wasserstoff ist eine der unersetzbaren Grundchemikalien der chemischen Industrie und darüber hinaus als chemischer Energieträger eine der zentralen Säulen der nachhaltigen Energiewende. Eine CO₂-neutrale Produktion von Wasserstoff ist industriell nur über die elektrochemische Spaltung von Wasser in einem Elektrolyseur realisierbar, sofern dieser mit regenerativen Energiequellen gekoppelt ist.

© Fraunhofer IFAM Dresden
Einzellen-Testelektrolyseur am Fraunhofer IFAM Dresden zur Testung von Elektrodenmaterialien.
© Fraunhofer IFAM Dresden
REM-Aufnahme einer Elektrodenoberfläche.

Verbesserung der Elektrolysetechnologie für »grünen« Wasserstoff

Eine Weiterentwicklung der Elektrolysetechnologie ist somit
für Deutschland von hoher strategischer Bedeutung,
um »grünen« Wasserstoff für eine wirtschaftliche Nutzung
bereitzustellen. Konventionell wird Wasserstoff derzeit über
Gasreformierung hergestellt, was zwar bei einer Verfügbarkeit
von Erdgas ökonomisch günstig ist, aber zu einem massiven
Ausstoß von CO₂ führt. Am Fraunhofer IFAM in Dresden wird
an einer Weiterentwicklung und Verbesserung der Elektrolysetechnologie
gearbeitet, die auf eine marktfähige Bereitstellung
von Wasserstoff abzielt. Dabei werden die Hauptkostentreiber
(Investitionskosten und operative Kosten) durch eine
Elektroden- und Stack-Entwicklung in den Fokus genommen.
Ziel dieser Entwicklungen ist es, durch eine langzeiteffiziente
Elektrode die Anlagenkosten und Wasserstoffproduktionskosten
deutlich zu senken.

Am Fraunhofer IFAM in Dresden werden durch elektrochemische
Methoden neuartige gasentwickelnde Elektrodenmaterialien
bewertet – kombiniert mit struktureller Analytik.
Daraufhin werden Degradationsmechanismen der Elektrode aufgeklärt, woraus Schlussfolgerungen für eine verbesserte
Elektrodenzusammensetzung und -fertigung gezogen werden.
Speziell konnten kostengünstige nanokristalline Elektroden
(Fe- bzw. Ni-Basislegierungen) entwickelt werden,
deren hohe katalytische Aktivität durch eine Aktivierung im
Elektrolyseur aufrechterhalten werden kann. Darüber hinaus
werden die Elektrodenmaterialien unter realen Bedingungen
in Einzellen-Versuchsständen getestet, um Informationen über
das Gasblasentransportverhalten in der Zelle zu erlangen.
Daraus erfolgen Anpassungen an Elektroden- und Zellgeometrie.
Aus diesen Ergebnissen lassen sich maßgeschneiderte
Elektroden mit vorteilhafter Gasblasenabfuhr entwickeln.
Die elektrochemische Kompetenz in Kombination mit der
am Fraunhofer IFAM bestehenden langjährigen Erfahrung im
Bereich metallischer Werkstoffe und Fertigungstechnologien
macht das Institut zu einem kompetenten Partner für Hersteller
von Elektrolyseuren.