Verbundvorhaben: SkalPro - Skalierbare Produktionsprozesse für hocheffiziente Elektroden in der alkalischen Elektrolyse - Teilvorhaben: Entwicklung eines skalierbaren Produktionsprozesses für Elektroden

Abstract

Zielsetzung der Untersuchung Die Entwicklung einer kosteneffizienten, skalierbaren und hochaktiven Elektrodenroute ist ein wichtiger Baustein für den Ausbau der Wasserelektrolyse-Kapazitäten. Ziel dieses Forschungsvorhabens ist die Entwicklung und Skalierung einer Raney-Ni-Beschichtung auf einem Streckgitter-Substrat vom Labor- auf Technikum-Maßstab mit etwa 8000 cm2 Größe. Dieses Forschungsvorhaben zielt langfristig auf eine industrielle Elektrodenproduktion ab, die signifikant zur Kostenreduktion von alkalischen Wasserelektrolyse-System beitragen. Das zentrale Aktivitätsziel betrug |ηHER, 500| < 150 mV. Methode Das Fh IFAM entwickelte ein Protokoll für die Wärmebehandlung zur Erzeugung von laugbaren Ni-Al-Phasen und für die Laugung zur Herstellung von Beschichtung mit hoher elektrochemisch zugänglicher Oberfläche und hoher HER-Aktivität. Im Rahmen dieses Vorhabens leitete das Fh IFAM auf Basis vieler elektrochemischen und strukturellen Analysen Struktur-Aktivität-Korrelation her und auf optimierte die Elektrodenroute in Zusammenarbeit mit Wickeder Westfalenstahl GmbH und Bender GmbH. Die vielversprechendsten Raney-Ni-Elektroden wurden in zwei verschiedenen Skalierungsstufen (100 cm2, 8000 cm2) für Tests in Elektrolyseuren von Kanadevia Inova BioMethan GmbH unter industriellen Bedingungen hergestellt. Ergebnis Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens wurde erfolgreich eine Raney-Ni-Streckgitter-Route entwickelt. Diese Route wurde mittels vieler elektrochemischer und struktureller Analysen bezüglich der elektrochemischen Aktivität als Kathode im zero-gap-Aufbau optimiert. Diese Optimierungen führten zu niedrigen HER-Überspannungen |ηHER, 500, 5h| < 75 mV, die die hohe HER-Aktivität dieser Elektroden zeigen und das zentrale Ziel |ηHER, 500| < 150 mV erfüllen. Des Weiteren wurde im Labor-Einzell-Elektrolyseur mit der Raney-Ni-Streckgitter-Kathode niedrige Zellspannungen E500, 5h < 1,7 V erzielt. Diese Werte zeigen das hohe Potenzial dieser Elektroden. Darüber hinaus erfolgte eine erfolgreiche Skalierung der SkalPro-Route in zwei verschiedenen Stufen, die anhand von elektrochemischen und strukturellen Analysen belegt wurden. Die post-operando-Analysen der 100 cm2 großen Proben nach dem Einsatz im Mini-Stack von Kanadevia Inova BioMethan GmbH beim FhG IFAM zeigte eine hohe mechanische und elektrochemische Stabilität der Raney-Ni-Streckgitter-Proben. Schlussfolgerung/Anwendungsmöglichkeiten Das Ziel der Entwicklung und Skalierung auf Technikum-Maßstab einer hochaktiven und kosteneffizienten Route auf Raney-Ni-Basis wurde in diesem Vorhaben erreicht. Dies zeigte sich an der Erfüllung des Ziels |ηHER, 500| < 150 mV. Dieses Vorhaben ist eine Basis für die industrielle Produktion von Elektroden für die alkalische Wasserelektrolyse.