HighHy: Entwicklung hochaktiver Anoden für die Anionenaustauschmembran-Elektrolyse

Abstract

Das Fraunhofer IFAM bearbeitete im Projekt HighHy zentrale Arbeitspakete an der Schnittstelle zwischen Materialentwicklung und Systemintegration und konnte wesentliche wissenschaftlich-technische Fortschritte bei der Entwicklung edelmetallfreier Ni-Mn-Anoden mittels pulvermetallurgischer Verfahren erzielen und so gemeinsam mit den Verbundpartnern materialwissenschaftliche Entwicklungen und anwendungsnahe Elektrodenfertigung für leistungsfähige Ni-Mn-basierte Anodenkonzepte in der AEMEL erfolgreich umsetzen. Die wesentlichen Ergebnisse des Teilprojekts sind:

Entwicklung poröser Ni-Mn-Katalysatorsysteme mittels eines pulvermetallurgischen Herstellungsverfahrens, bei dem durch gezielte Wärmebehandlung mehrphasige intermetallische Gefüge erzeugt und manganreiche Phasen selektiv ausgelaugt wurden, was zu einer ausgeprägten Mikro- und Mesoporosität führte. Herstellung und Optimierung skalierbarer Elektrodenarchitekturen auf Nickelschaum-Substraten sowie als CCS- und CCM-Konzepte; die Elektrodenperformance konnte gezielt über Partikelgröße, Schichtdicke, Porosität und Prozessparameter eingestellt werden. Nachweis hoher anodischer Aktivität unter praxisnahen Bedingungen, mit OER-Überspannungen von etwa 250–300 mV bei 300 mA/cm² in alkalischem Elektrolyten sowie stabiler Performance auch bei Betrieb in 1 M KOH. Nachweis der technologischen Relevanz für die AEMEL, da die entwickelten Anoden reproduzierbar hergestellt wurden, günstige Reaktionskinetiken aufweisen und eine belastbare Grundlage für die Integration in Einzelzellen und Kurzstapel bilden.

Damit konnten die Projektziele erreicht und ein relevanter Beitrag zur Weiterentwicklung edelmetallfreier Anoden für die AEM-Wasserelektrolyse geleistet werden.