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Neue Membranmaterialien für PEM-Wasserelektrolyse
Wissenschaftler des Forschungszentrums Jülich kombinierten im Projekt
MaPEI die Vorteile der alkalischen Elektrolyse mit der PEM-Elektrolyse,
indem sie Anionenaustauscher-Membranen einsetzten. Gemeinsam mit der
FuMA-Tech entwickelten sie neue leistungsfähige
Membran-Elektroden-Einheiten (MEE) für eine alkalische PEM-Elektrolyse.
| Projektstatus | Projekt beendet |
|---|---|
| Projektlaufzeit | Juli 2012 bis Juni 2015 |
Um die Technologie der Wassserelektrolyse und insbesondere die der PEM-Elektrolyse relistisch und nachhaltig in den Massenmärkten der Speicherung von erneuerbaren Energien nach dem Jahr 2020 einsetzen zu können, sind gegenüber dem Stand der Technik weitere Technologieschritte erforderlich, um die niedrigen Leistungsdichten, die unzulängliche Stabilität und die hohen Kosten der aktuell eingesetzten Technologien zu verbessern bzw. zu reduzieren.
Die besonderen Herausforderungen im Projekt MAPEL bestehen darin, die chemische Stabilität vorhandener Membranen auch bei höheren Temperaturen zu verbessern, die Leitfähigkeiten zu erhöhen und das Ionomer in die Katalysatorschichten zu integrieren, damit auf Alkali-Ionen im Elektrolyse-Kreislauf verzichtet werden kann. In einem weiteren Ansatz sollen laugenstabile Membranen entwickelt werden, mit deren Hilfe in der klassischen alkalischen Elektrolyse die Teillastfähigkeit verbessert und die Stromdichten erhöht werden kann.
Meilensteine
Das Projekt lässt sich in drei Phasen untergliedern:
- der Membran-Entwicklung und -Charakterisierung,
- der Entwicklung von Membran-Elektroden-Einheiten (MEEs)
- der Testung von geeigneten MEEs im Elektrolysebetrieb.
Edelmetalle werden verzichtbar
Durch die Verwendung von Anionenaustauscher-Membranen kann auf die Verwendung von Edelmetallen wie Platin und Iridium, die normalerweise in der klassischen PEM-Elektrolyse wegen der hohen Korrosivität eingesetzt werden müssen, verzichtet werden.
Da die Edelmetallkosten neben den Kosten für Separatorplatten und Stromkollektoren einen erheblichen Teil der Stackkosten eines PEM-Elektrolysestacks ausmachen, können durch Verwendung von Nichtedelmetallen in der Katalysatorschicht die Investitionskosten für eine Elektrolyseanlage reduziert werden.
Teilvorhaben
Membranentwicklung: In diesem Teilprojekt sollen laugenstabile Membranen und Anionenaustauscher-Membranen entwickelt werden, die sich zum einen durch eine hohe Laugenstabilität bei hohen Temperaturen und Drücken und zum anderen durch geringe Flächenwiderstände und geringe Gas-Crossover auszeichnen.
MEA Entwicklung: in diesem Teilprojekt sollen mit diesen neuartigen Membranen Membran-Elektroden-Einheiten (MEEs) entwickelt und hergestellt werden, die sich gegenüber der klassischen alkalischen Elektrolyse durch erhöhte Leistungsdaten bei gleichzeitiger Ausweitung des Teillastbereichs auszeichnen.
