Verbundvorhaben H2Giga_NG5_AEM-Direkt: Direktbeschichtung von anionenleitenden Membranen für großskalige Wasserelektrolyseure; Teilvorhaben: Stackdesign & elektrochemische Charakterisierung

Abstract

In AEM-Direkt konnte die Anwendbarkeit von Direktbeschichtungsmethoden für großskalige Elektrolyseure gezeigt werden. Insgesamt wurde 4 direkt auf die Membran anwendbare Beschichtungsmethoden getestet. Hierbei kamen neben partikel- und lösungsmittelbasierten Prozessen, sehr innovative galvanische Prozesse aber auch Gasphasenabscheidungen wie PVD oder thermisches Spritzen zum Einsatz. Im Projekt konnte bereits eine erste Skalierungsstufe von 25 – 300 cm2 realisiert werden. Der Vergleich der Beschichtungsmethoden erfolgte in einer im gesamten Konsortium (10 Partner) einheitlichen 25 cm2-Elektrolysezelle. Die generierten Daten wurden zum Zwecke des akademisch-industrielle Austausch in einer gemeinsamen Datencloud hochgeladen. Dies ermöglichte ein komplexes Versuchsdesign (DoE) welches bei allen Partnern (Industrie- und Akademia) umgesetzt wurde. Die Datencloud und das DoE ermöglichte im Projekt die Identifizierung von versteckten Parametern, die in herkömmlichen Versuchsführungen nicht erkannt werden konnten. Über dem Projekt hinaus sind damit Anwendungen im Bereich fortgeschrittenen Auswertungsmethoden über Machine-Learning oder künstlicher Intelligenz denkbar. In gesamt 4 Versuchsrunden (Round-Robin-Kampagnen) wurden 113 von der Industrie bereitgestellte Proben in 64 elektrochemischen Versuchsdesigns getestet. Diese Kampagnen führten zum Ende des Projektes zu den folgenden verwertbaren Ergebnissen:

Eine faserverstärkte Membran mit 28 cm Durchmesser Starke haftende partikelbasierte Elektroden im 300 cm2-Maßstab Galvanische Beschichtungen mit hoher Querleitfähigkeit bis 300 cm2 auf Membran und metallischen Komponenten Erfolgreiche Validierung der AEM-Beschichtungstechnologie für großskalige Stacks Durch die Verknüpfung von der Industrie bereitgestellten Membran und Beschichtungsproben mit grundlegenden analytischen Methoden der akademischen Partner wurden wegweisende Erkenntnisse zur Stabilität von Ni-basierten Katalysatoren, der Beschichtbarkeit auf Membranen und letztendlich der Effizienz der Elektrolyse im Betrieb gewonnen. Hierbei sind im Projekt mehr als 18 Publikationen entstanden. Insbesondere konnte ein besseres Verständnis über die Umkehrung der Stromrichtung bei Abfahrvorgängen erarbeitet werden.