"FemtoPEM ‐ Femtosekundenlaser‐Strukturierung und Oberflächenfunktionalisierung zur Minimierung der elektrischen Kontakt‐ und Massentransportwiderstände bei gleichzeitiger Erhöhung der Lebensdauer von Protonenaustauschmembran(PEM)‐Wasserelektrolyseuren"

Abstract

Das Projekt FemtoPEM hat die Optimierung der Grenzfläche aus poröser Transportschicht (PTL) sowie dem Anoden‐Katalysator von Protonenaustauschmembran‐Elektrolysezellen (PEMWE) zum Ziel. Eine gleichmäßige Kontaktierung und eine hohe Ausnutzung des Katalysators sind wichtig zur Reduktion von Überspannungen in der Zelle, welche einen Effizienzverlust bedeuten. Zusätzlich werden so Degradationseffekte reduziert, einem unerlässlichen Punkt für den Einsatz von Elektrolyseuren mit Lebensdauern von über zehn Jahren. Das Zusammenspiel aus Leitfähigkeiten, lateral und axial, in der PTL und der Katalysatorschicht, sowie die Anzahl und Verteilung der Kontaktpunkte sind nur einige Variablen, die es zu optimieren gilt, um die Beladung des teuren Iridiumkatalysators bei langfristigem Erhalt der Funktionalität zu minimieren. Im Rahmen des Projektes sollen die Titanfasern der PTL in verschiedener Weise manipuliert werden, um den Kontaktwiderstand der Grenzfläche zu verringern sowie zeitgleich den Massentransport und die Langlebigkeit des Systems zu verbessern. Hierfür werden PTLs einerseits vom Forschungszentrum Energiespeichertechnologien (EST) der Technischen Universität Clausthal mithilfe eines Femtosekundenlasers strukturiert und andererseits durch das Institut für Solarenergieforschung (ISFH) mit leitfähigen Metallen beschichtet. Anschließend werden die Proben am Institut für elektrische Energiesysteme (IfES) der Leibniz Universität Hannover in der Elektrolysezelle vermessen. Die ex‐situ Charakterisierung von EST und insbesondere ISFH erklärt die gemessenen Phänomene in Verknüpfung mit dem am IfES erstellten Modell.