Transparente PEM-Wasserelektrolyse
Die Wasserelektrolyse ist ein zentraler Baustein im Energiesystem der Zukunft. Die alleinige Nutzung erneuerbarer Energien aus Sonne, Wind und Wasser erfordert den Einsatz und die Entwicklung effizienter und kostengünstiger Speichertechnologien. Die Polymerelektrolytmembran (PEM)-Elektrolyse ist in der Lage, die schwankenden Lastprofile von solarer und Windenergie direkt und vollständig für die Erzeugung des Speichermediums Wasserstoff zu verwerten. Bei der Elektrolyse wird durch elektrochemische Reaktionen an zwei getrennten Elektroden aus salzfreiem Wasser reiner Wasserstoff und reiner Sauerstoff produziert.
Neben der hohen Lastdynamik gibt es weitere Anforderungen an die Elektrolyseure, die im Fokus von gemeinsamen F&E-Aktivitäten von Forschungseinrichtungen und der Industrie stehen. Diese sind die Erhöhung der Lebensdauer auf einen Zielwert von 80.000 Betriebsstunden und maximale Systemkosten (Stackkosten) von $250 ($100) pro kW (Technologieziele des US-Energieministeriums für 2026).
Am Institute of Energy Technologies (IET-4: Elektrochemische Verfahrenstechnik) des Forschungszentrums Jülich liegt der Schwerpunkt der Aktivitäten darauf, das Verständnis der Zusammenhänge zwischen Materialien, Design, Betriebsstrategien und Performance sowie Degradationsverhalten zu erweitern. Hier spielen Herstellverfahren und Kostenreduktionspotentiale für Komponenten des Elektrolyseurs, wie die Membran-Elektroden-Einheiten sowie Bipolarplatten, eine große Rolle.
Neue Materialien (z. B. für die Membranen, Katalysatoren oder Bipolarplatten), Designs und Betriebskonzepte werden am IET-4 zunächst in kleinen Elektrolyse-Testzellen in einer Größe von ca. 20 cm² aktiver Zellfläche vorcharakterisiert. Vielversprechende Designs gehen dann in einen Scale-Up-Prozess, um die Effekte für Zellgröße und Zellanzahl quantifizieren zu können. Für die Charakterisierung von Elektrolysezellen und -Stacks stehen verschiedene Teststände in unterschiedlichen Leistungsklassen von 100 Watt bis 400 kWel zur Verfügung. Das hier ausgestellte Exponat ist eine Demonstrationszelle für die PEM-Wasserelektrolyse. Mit einer aktiven Zellfläche von ca. 300 cm² hat sie eine technisch relevante Größe. Die Endplatten sind transparent, deshalb ist es möglich, die Erzeugung und den internen Transport von Wasserstoff und Sauerstoff durch die Strömungsverteiler direkt zu beobachten.
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Kontakt
- Institute of Energy Technologies (IET)
- Elektrochemische Verfahrenstechnik (IET-4)
Raum R Y110