Abschlussbericht zum Projekt HyInnoLyze

Abstract

Wasserelektrolyseure können die Rentabilität regenerativer Energiesysteme erhöhen, wenn sie häufig in Betrieb sind, und kurzfristig Wasserstoff aus fossilen Quellen ersetzen, um den Kohlenstoff-Fußabdruck von industriellen Prozessen zu verringern. Die hohen Kosten von Elektrolysesystemen sind ein Haupthindernis für deren Breite Anwendung, aber durch Kostenstudien könnte man die Investitionskosten senken. Aktuell eingesetzte IGBT-Halbleiter in Elektrolyseuren haben Nachteile wie hohe Verluste und Temperaturzyklen, die die Effizienz mindern. Große Ausgangsfilter sind erforderlich, was die Dynamik der Systeme einschränkt. WBG-Halbleiter wie SiC oder GaN, die in anderen Sektoren genutzt werden, sind für Elektrolyseure noch unerforscht, insbesondere im Hinblick auf Langzeitbetrieb. Das Projekt untersucht die Lebensdauer von GaN-Bauelementen, in Zusammenarbeit mit der RWTH Aachen. Die Temperatur der Bauteile wurde bestimmt, Prüfstände angepasst und Lebensdaueruntersuchungen erfolgreich durchgeführt. Datei-Upload durch TIB Water electrolysers can boost the profitability of renewable energy systems with high operating times and reduce the carbon footprint by replacing fossil-sourced hydrogen in industrial processes. The main hurdle for widespread use of PEM electrolysers has been their high cost, but cost studies indicate significant potential for investment reduction. Current electrolysers mainly use IGBT semiconductors with slow switching behavior and high losses, reducing efficiency and causing temperature cycles. Expensive output filters are also needed, limiting the dynamics of regulation and impacting reliability. WBG semiconductors like SiC or GaN, already used in other sectors such as automotive, are not yet applied in electrolysers, especially considering long-term operation and failure mechanisms. The project explored the lifespan of GaN components in collaboration with RWTH Aachen, focusing on thermal characterization and temperature determination essential for lifespan studies. Measurements revealed new electrical effects, which will be further explored.