Die Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) entwickelt gemeinsam mit französischen Partnern neue Materialien für die Wasserelektrolyse. Ziel ist es, die Herstellungskosten von grünem Wasserstoff zu senken. Das Projekt wird vom Schweizerischen Nationalfonds (SNF) und der französischen Agence Nationale de la Recherche (ANR) gefördert. Beteiligt sind neben der Empa das Institut de la Corrosion in Brest und das Forschungsinstitut LEMTA in Nancy.
Im Fokus steht die Technologie der Polymer-Elektrolyt-Membran-Wasserelektrolyse (PEMWE). Diese Elektrolyseure gelten als effizient und kompatibel mit schwankender Stromzufuhr aus erneuerbaren Quellen. Allerdings ist die Umgebung im Inneren stark korrosiv. Komponenten für die Zu- und Ableitung des Wassers sowie der Gase bestehen deshalb aus Titan, das zusätzlich mit Platin beschichtet werden muss. Beides treibt die Kosten in die Höhe.
Titanoxid ersetzt Platin, Stahl ersetzt Titan
Empa-Forscher Konstantin Egorov aus dem Labor „Materials for Energy Conversion" setzt auf eine besondere Form des Titanoxids als Beschichtung: hochkristallines sauerstoffarmes Rutil. Dem Material fehlen an bestimmten Stellen Sauerstoffatome, was ihm laut Empa eine gute Leitfähigkeit verleiht.
Die Hochkristallinität soll für Korrosionsbeständigkeit sorgen. Als Trägermaterial soll Stahl das teurere Titan ersetzen. „Stahl ist nicht nur günstiger, sondern auch viel einfacher zu verarbeiten. Das ermöglicht neue, fortschrittliche Komponentendesigns, die die Effizienz der Zelle steigern", erklärt Egorov. Für die Beschichtung nutzen die Forschenden die physikalische Gasphasenabscheidung (PVD), ein in der Industrie verbreitetes Verfahren. „Es ist uns wichtig, etwas zu entwickeln, was die Industrie tatsächlich gebrauchen kann", betont Egorov.
Bipolare Platte besteht erste Tests
Nach Angaben der Empa hat die Methode für die erste Komponente, die bipolare Platte, bereits funktioniert. Diese habe die Korrosionstests der Projektpartner unter Laborbedingungen und in einem funktionierenden Elektrolyseur bestanden.
Als Nächstes wollen die Forschenden die poröse Transportschicht beschichten. Die Herausforderung dabei: Die Poren müssen gleichmäßig beschichtet werden, ohne zu verstopfen. Das Projekt läuft bis 2026. Anschließend wollen die Empa-Forschenden nach eigenen Angaben einen Industriepartner gewinnen, um die Technologie in Richtung Kommerzialisierung weiterzuentwickeln.
