Verbundvorhaben: H2 Giga_QT1.1: PrometH2eus - Projektverbund zur optimierten Materialentwicklung für die technische H2-Erzeugung durch verbesserte Sauerstoffelektroden; Teilvorhaben: Neue Metallnetzstrukturen für AEL Elektroden

Abstract

Das Verbundprojekt H2Giga_QT1.1: PrometH2eus verfolgte das Ziel, die technologische Grundlage für eine wirtschaftliche und nachhaltige Produktion von grünem Wasserstoff durch alkalische Wasserelektrolyse (AEL) zu verbessern. Im Zentrum stand die Entwicklung neuartiger, leistungsfähiger Elektrodenmaterialien, die insbesondere die Effizienz der Sauerstoffentwicklungsreaktion (OER) steigern – einer der zentralen limitierenden Schritte in der Elektrolyse. Der wissenschaftliche Ausgangspunkt war die Erkenntnis, dass viele bisherige Entwicklungen im Bereich der Katalysatoren und Elektrodenstrukturen auf Labormaßstäbe beschränkt sind. Diese beruhen häufig auf idealisierten Testbedingungen wie niedrigen Stromdichten, kleinen Elektrodenflächen oder hochreinen Elektrolyten, die nur bedingt auf industrielle Anwendungen übertragbar sind. Daraus ergab sich die Notwendigkeit, Materialien und Strukturen zu entwickeln, die unter realitätsnahen Bedingungen getestet und bewertet werden können. Das Projekt setzte genau an dieser Schnittstelle zwischen Grundlagenforschung und industrieller Anwendung an. Ziel war es, durch einen systematischen, wissensbasierten Entwicklungsansatz Materialien zu schaffen, die sowohl wissenschaftlich fundiert als auch technisch skalierbar sind. Dabei wurde besonderer Wert auf die Integration von Synthese, Charakterisierung und Anwendung gelegt. Ein zentrales Innovationsfeld war die Entwicklung von gestrickten Metallnetzstrukturen als Elektroden-Substrate. Diese sollten durch ihre dreidimensionale Architektur eine vergrößerte elektrochemisch aktive Oberfläche, verbesserte Gasabfuhr und optimierten Stromtransport ermöglichen. Die Firma Umicore übernahm in diesem Kontext die Entwicklung und Herstellung solcher Netzstrukturen auf Basis von Nickel und Nickellegierungen. Die Herausforderung bestand darin, die mechanischen und elektrischen Eigenschaften der Netze so zu gestalten, dass sie den Anforderungen industrieller Elektrolyseprozesse gerecht werden. Parallel dazu wurde der Stand der Technik hinsichtlich geeigneter Elektrolyte, Katalysatorbeschichtungen und Testmethoden analysiert. Die Kombination aus materialwissenschaftlicher Expertise, industrieller Fertigungskompetenz und anwendungsnaher Testung bildete die Grundlage für die erfolgreiche Umsetzung des Projekts.