Prometheus: Protonen-Austausch-Membran Elektrolyseurkonzept für erhöhte Temperaturen und Druckzustände

Abstract

Beim Betrieb von PEM-Elektrolyseuren unter erhöhten Drücken und Temperaturen ist mit einer erhöhten Beanspruchung der Bauteile, insbesondere erhöhtem korrosivem Stress und damit einhergehe Erhöhung der Kontaktwiderstände zu rechnen. Dieser soll durch die Erforschung und Entwicklung von neuen Beschichtungen entgegengewirkt werden. Diese Beschichtungen kommen im Zellverbund sowohl auf der Sauerstoffseite (MPL Coating zur aktiven Fläche), als auch auf der Wasserstoffseite zum Einsatz. Die Aalberts Surface Technologies GmbH widmet sich der Entwicklung von langlebigen und kostengünstigen Schutzschichten für titanbasierte Bauteile, mit dem Ziel, Lebensdauern von mehreren 10.000 Betriebsstunden im Stack zu garantieren. Bei der Schichtentwicklung geht es neben der Lebensdauer vor allen Dingen um die Einsparung oder den teilweisen Verzicht von Edelmetallen. Neben der reinen technischen Lösung ist hierbei auch immer der Fokus auf eine mögliche Massenfertigung bei der Herstellung der Bauteile zu berücksichtigen. Es wurden Beschichtungen zum Passivierungsschutz entwickelt, die den Anforderungen des DOE mit < 10 mOhmcm2 erfüllen. Hierdurch können die Stromführenden Komponenten des Elektrolyseurs, wie PTLs und Bipolarplatten über eine lange Zeit eine hohe Leitfähigkeit aufrechterhalten und es kommt nicht zu einer Passivierung der Komponenten, die zu Leistungsverlusten und somit zu erhöhten Betriebskosten führt. Im Vergleich zu galvanischen Beschichtungen ergibt sich hier eine deutliche Einsparung von Edelmetallen, da die Schichtdicke auf 20 nm gesenkt werden konnte. Durch den PVD-Prozess ist direkt im Beschichtungsprozess eine Reduktion der Oxidschicht und eine gute Haftung zu erzielen. Die Entwicklung wurde in erster Linie auf Großserienanlagen durchgeführt, so dass von vornherein ein serientaugliches Verfahren Verwendung findet und Potentiale zu Kostensenkung und Prozessoptimierung erarbeitet werden konnten. Hier wurden insbesondere auch Konzepte zur Optimierung der Anlagentechnologie erarbeitet, die die Abscheidung einer homogeneren Schicht ermöglichen und damit weitere Material und Kosteneinsparungen. Es wurden unterschiedliche Fertigungsmuster und Elektrolyseur Komponenten beschichtet, die von Höller untersucht wurden. Die Beschichtungen zeigten eine bis zum Faktor 10 höhere Leitfähigkeit und wurden im Stackversuch positiv bewertet.