Leitfähige Polymerkomposite für die Elektrolyse

Die Elektrolyse spielt eine entscheidende Rolle bei der Her­stel­lung von Alumi­nium oder Chlor. Auch für die Energie­wende gewinnt das Ver­fahren an Bedeu­tung, denn mittels Elektro­lyse kann aus Wind- oder Solar­strom speicher­barer Wasser­stoff gewonnen werden. Eine neue Forschungs­gruppe am Fraun­hofer-Institut für Mikro­struktur von Werk­stoffen und Systemen in Halle an der Saale will nun den Ein­satz von Polymer­kompo­siten für die Elektro­lyse möglich machen. Diese könnten kosten­günstiger und leis­tungs­fähiger sein als bisher genutzte Materi­alien.

Kunststoffe sind leicht, einfach zu verarbeiten und haben eine hohe chemische Bestän­dig­keit. Metalle sind robust und belast­bar, zudem ver­fügen sie über eine vari­able ther­mische und elek­trische Leit­fähig­keit. Vereint man diese Werk­stoffe sowie weitere Füll­stoffe auf geschickte Weise, entsteht ein neu­artiges Komposit-Material, das all diese Eigen­schaften in sich vereint. „Neue Materi­alien für die Elektro­lyse können das Verfahren leistungs­fähiger und günstiger machen. Im Bereich der Wasser­elektro­lyse, aber auch für andere Anwen­dungen, bieten Polymer­komposite dabei große Chancen“, sagt Nadine Menzel, die das Projekt leitet.

So will die Nachwuchsgruppe beispielsweise völlig neuartige Bipolar­platten aus leit­fähigen Polymer­kompo­siten für die PEM-Elektro­lyse fertigen. Diese Methode ist eine Schlüssel­techno­logie für die Erzeugung von Wasser­stoff aus erneuer­baren Energien. Das Herz­stück der PEM-Elektro­lyse bildet der Stack, der aus mehreren Bipolar­platten besteht. An diese Platten und die anderen Kompo­nenten im Stack werden extreme Anfor­derungen gestellt – hohe Tempe­ra­turen, hohe Drücke oder hohe Span­­nungen sorgen für sehr korrosive Bedin­gungen, die den einzelnen Kompo­nenten zusetzen. Üblicher­weise werden Bipolar­platten deshalb aus Titan, Graphit, Stahl oder Edel­stahl gefertigt, die Ober­fläche zusätz­lich mit einer Beschich­tung aus Edel­metallen wie Gold oder Platin geschützt. Ein inno­va­tives Kunst­stoff­material, das den extremen Betriebs­bedin­gungen gewachsen ist und die nötige Lang­zeit­stabi­lität bietet, hätte deshalb enorme Vorteile bei den Material­kosten und im Herstel­lungs­prozess.

In einem weiteren Teilpaket wollen die Forscher Lackelektroden für die Elektro­lyse von See­wasser ent­wickeln. Damit könnte der Bewuchs von Schiffs­rümpfen mit marinen Orga­nismen verhin­dert werden, ohne dass giftige Lacke einge­setzt werden müssen. Weitere Ziele sind die Analyse elektro­che­mischer Korrosions­prozesse in Polymer­kompo­siten und elektro­nischen Kompo­nenten für die Elektro­lyse sowie die Unter­suchung der Zuver­lässig­keit und Lebens­dauer von Systemen mit alka­lischen Membran-Elektroden-Einheiten für Elektro­lyseure und Brenn­stoff­zellen.

Fh.-IMWS / RK