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Institut für Energie- und Klimaforschung

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Niedertemperatur-Elektrolyse

Electrolysis

Die Niedertemperatur-Elektrolyse (z.B. die alkalische oder die PEM Wasser-elektrolyse) ermöglicht eine leistungsstarke kompakte Wasserstoffproduktion, die mit geeigneten Speichersystemen kombiniert werden kann. Dieses Verfahren stellt eine Schlüsseltechnologie dar, die zur Realisierung einer umweltfreundlichen, zuverlässigen und erschwinglichen Energieversorgung für die Zukunft beiträgt.

Die Wissenschaftler der Abteilungen Elektrochemie Elektrolyse (EEL) und Verfahrenstechnik Elektrolyse (VEL) untersuchen die Elektrolysetechnologie hinsichtlich verschiedener Entwicklungsstadien.

Forschungsschwerpunkte EEL

Als Schwerpunkt der Arbeiten wird die Entwicklung von Nanostrukturen, Katalysatoren, Elektroden und Membran-Elektroden-Einheiten für PEM-und alkalische Wasserelektrolyseure bearbeitet. Diese elektrochemischen Energiewandler sollen zur verbesserten Ausnutzung von erneuerbaren Energiequellen beitragen. Hierzu werden elektrochemische Untersuchungen zur Auswahl von geeigneten Komponenten und zur Optimierung von Membranen und Katalysatoren durchgeführt sowie die Herstellung, Optimierung und Charakterisierung von Membran-Elektroden-Einheiten experimentell bearbeitet.

Electrochemical Analysis

Electrochemical Analysis

• Reihenuntersuchungen an Werkstoffen und Komponenten
• Charakterisierung der Gasdurchlässigkeit, Leitfähigkeit und Haltbarkeit
• Physikochemische Untersuchung der Komponenten (TEM, XRD, SEM, XPS)
• Elektrochemische Impedanzspektroskopie (EIS)

MEA Development

Membran Elektroden Einheiten

• Katalysator Reihenuntersuchungen
• Katalysator und Membran Benchmark
• Entwicklung von Katalysatortinten
• Untersuchung von Beschichtungstechniken
• Herstellung von CCMs und MEAs im Labormaßstab

MEA Manufacturing Technology

MEA Herstelltechniken

• Prozessentwicklung und Skalierung
• Dispersionsherstellung
• Beschichtung und Trocknung
• Assemblierung und Fügen
• Rheologie und Tensiometrie
• Rauigkeits- und Oberflächenenergieanalyse

Forschungsschwerpunkte VEL

Als Schwerpunkt der Arbeiten gilt die Entwicklung von Stack- und Systemkomponenten für Elektrolyseur auf Basis von Polymerelektrolytmembranen (PEM) und für alkalische Wasserelektrolyseure. Hierzu werden neben elektrochemischen Untersuchungen zur Optimierung von Zellkomponenten und zur Charakterisierung von Membran-Elektroden-Einheiten (MEA) auch verfahrenstechnische Untersuchungen zur Entwicklung von Stacks und Systemen bearbeitet. Diese werden durch Modellierungsarbeiten und Simulationsrechnungen unterstützt, die eben¬falls für die Entwicklung von neuen Steuerungs- und Regelungsansätzen genutzt werden. Außerdem wird das Verhalten von Elektrolyseuren in einem von erneuerbaren Energien geprägten Energiesystem untersucht

Corrosion and Interactions

Korrosion und Wechselwirkungen

• Korrosion an Grenzflächen
• Materialkorrosion
• Reversible und irreversible Korrosionseffekte
• Katalysatorkorrosion
• Korrosion der Bipolarplatten und Stromkollektoren
• Übergangswiderstände

Multi Phase Flow

Mehrphasenströmung

• Zweiphasenströmung in porösen Schichten
• Computergestützte Fluid Dynamics (CFD)
• Strömungsvisualisierung mittels bildgebender Verfahren (Neutronen und Synchrotron Radiographie und Tomographie)
• Mechanische Charakterisierung von porösen Schichten

Stack Manufacturing and Assembling

Herstellung und Assemblierung von Stacks

• Stanzen
• Beschichten
• Qualitätskontrolle
• Roboterunterstützte Assemblierung
• Dichtungsintegration und Dichtigkeitsprüfung
• Drucktests

Stack Development

Stackentwicklung

• Computergestützte Konstruktion
• Strömungssimulation
• Mechanische Auslegung der Bauteile
• Qualitätskontrolle
• Elektrochemische Tests

System Development

Systementwicklung

• Modellierung der Systeme
• Aufbau von Testsystemen im kW-Maßstab
• Entwicklung von Sicherheitskonzepten
• Identifikation von Betriebsfenstern
• Wärmemanagement
• Gasaufbereitung

Projekte

Externer Link http://strom-zu-gas-und-waerme.de/ (Öffnet neues Fenster)
Externer Link https://www.elab2.kit.edu/ (Öffnet neues Fenster)
Externer Link https://www.helmholtz-berlin.de/projects/pecsys/index_en.html (Öffnet neues Fenster)
NeSTPEL
Externer Link JARA PROCESS (Öffnet neues Fenster)
Projekt Living Lab Energy Campus (LLEC)

Team Niedertemperaturelektrolyse

Team NiedertemperaturelektrolyseCopyright: IEK-3, Forschungszentrum Jülich


von links nach rechts: Dr. Marcelo Carmo, Deepjyoti Borah , Richard Wegner, Dr. Meital Shviro, Saeed Sadeghi Lafmejani, Dr. Marina Shestakova, Dr. Gareth Keeley, Olha Panchenko, Fabian Scheepers ,Andreas Schulze-Lohoff, Elena Borgardt, Norbert Commerscheidt, Irene Friedrich, Michael Hehemann, Florian Berg, Walter Zwaygardt, Anne Schulz, Dr. Andreas Glüsen, Daniel Holtz, Sayed Saba, Dr. Martin Müller

Zusatzinformationen

Ansprechpartner

Abteilungsleiter EEL

Dr. Marcelo Carmo
Telefon: +49 2461 61-5590
Fax: +49 2461 61-7661
E-Mail: m.carmo@fz-juelich.de

> mehr Dr. Carmo

Abteilungsleiter VEL

Dr. Martin Müller
Telefon: +49 2461 61-1859
Fax: +49 2461 61-6695
E-Mail: mar.mueller@fz-juelich.de

> mehr Dr. Müller


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