Niedertemperatur-Elektrolyse (VEL & EEL)

Die Niedertemperatur-Elektrolyse (z.B. die alkalische oder die PEM Wasserelektrolyse) 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.

In der alkalischen Wasserelektrolyse wird Kaliumhydroxid als Elektrolytlösung verwendet. Weiterhin wird beim Katalysatormaterial auf die Verwendung von Edelmetallen verzichtet. Die PEM-Elektrolyse nutzt dagegen eine protonenleitende Membran als Elektrolyten und ihre Systemkonfiguration ist vergleichsweise einfach aufgebaut.

Die Wissenschaftler der Abteilungen Elektrochemie Elektrolyse (EEL) und Verfahrenstechnik Elektrolyse (VEL) untersuchen die Elektrolysetechnologie auf unterschiedlichen Entwicklungsstufen und Systemgrößen. Dazu gehören Forschung und Entwicklung an der alkalischen Elektrolyse, der PEM Elektrolyse und der alkalischen PEM Elektrolyse. Im Mittelpunkt aller Aktivitäten stehen die Effizienzsteigerung und die Verbesserung der Langzeitstabilität der eingesetzten Komponenten. Die nachfolgenden Kompetenzen bieten den Schlüssel zur Weiterentwicklung und werden innerhalb der Abteilungen angewendet.

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

• Reihenuntersuchungen an Werkstoffen und Komponenten
• Charakterisierung der Gasdurchlässigkeit, Leitfähigkeit und Haltbarkeit
• Physikochemische Untersuchung der Komponenten
• Elektrochemische Impedanzspektroskopie

Membran Elektroden Einheiten

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

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 ebenfalls für die Entwicklung von neuen Steuerungs- und Regelungsansätzen genutzt werden. Außerdem wird das Verhalten von Elektrolyseuren in einem von erneuerbaren Energien geprägten Energiesystem untersucht.

Korrosion und Wechselwirkungen

• In Situ
• Ex situ

Mehrphasenströmung

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

Stackentwicklung

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

Systementwicklung

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

Abteilungsleiter

Verfahrenstechnik Elektrolyse Dr. Martin Müller

Elektrochemie Elektrolyse Dr. Martin Müller (komm.)