Das im Oktober gestartete Projekt KISSSEs soll Edelmetallbeschichtungen in PEM-Elektrolyseuren ersetzen und die Produktionskosten senken. Dafür forscht das Fraunhofer ILT mit regionalen Partnern an Lasertechnologien.

Die Forschenden setzen auf KI-gestützte Laserschweißverfahren für Titan-Streckgitter. Die lasergeschweißten Titan-Streckgitter sollen edelmetallbeschichtete Komponenten ersetzen. Künstliche Intelligenz identifiziert dabei die optimalen Schweißpunkte in den komplexen Gitterstrukturen. Das Verfahren soll die elektrischen Übergangswiderstände signifikant senken.

KI optimiert Schweißprozesse für Titan-Streckgitter

„Unsere KI-Modelle erkennen selbst bei unregelmäßigen Streckgittergeometrien die optimalen Schweißpunkte”, erklärt Zhiheng Ye, Wasserstoffexpertin am Fraunhofer ILT.

Die Technologie ermöglicht reproduzierbare Kontaktierungen mit geringerem Widerstand. KI-gestützte Laserschneidprozesse optimieren zusätzlich die Kanten der Gitter. 

Das Hydrogen Lab bietet eine breite Palette von lasertechnischen Versuchsanlagen für unterschiedliche Dimensionen und Designs (© Fraunhofer ILT, Aachen)

Die Experimente im Rahmen von KISSSEs finden im Hydrogen Lab des Fraunhofer ILT statt. Das Labor erstreckt sich über 300 Quadratmeter und bietet die gesamte Prozesskette von der Simulation über Tests bis zur Fertigung von Komponenten für die Wasserstofftechnologie.

PEM-Elektrolyse als Schlüsseltechnologie

Die PEM-Elektrolyse nutzt eine protonenleitende Membran zur elektrochemischen Wasserspaltung. Die Membran dient gleichzeitig als Elektrolyt und Gasbarriere. Das Verfahren zeichnet sich durch hohe Leistungsdichte, kurze Ansprechzeiten und Teillastfähigkeit aus. PEM-Systeme eignen sich besonders für den Betrieb mit fluktuierenden erneuerbaren Energien. 

Jedoch benötigen PEM-Elektrolyseure teure edelmetallbeschichtete Komponenten. Dazu gehören beispielsweise die Katalysatoren und die stromführenden Komponenten. Die Anode ist fast immer mit Iridium, die Kathode mit Platin beschichtet. Auch die Bipolarplatten und porösen Transportschichten aus Titan oder Stahl werden oft mit Platin, Gold oder Rutheniumoxid beschichtet.

Regionale Kooperation im Rheinischen Revier

Green Electrolyzer: die kleine Ausbaustufe der Elektrolyseanlage der iGas energy dient im Vorhaben der Verifizierung von Entwicklungsergebnissen unter realen Betriebsbedingungen im industriellen Maßstab. (© iGas energy)

Am Projekt beteiligen sich neben dem Fraunhofer ILT die iGas energy und die dLS LichtSchneiderei. iGas energy entwickelt die PEM-basierte Elektrolyseanlage Green Electrolyzer und die Stackplattform ELZA. Die dLS LichtSchneiderei ist ein Spin-off des Fraunhofer ILT und auf Präzisionsfertigung für Bipolarplatten spezialisiert.

iGas energy liefert die elektrochemische Systemkompetenz und validiert die Bauteile im Elektrolysebetrieb. Die dLS LichtSchneiderei überführt die Schneidparameter in die industrielle Fertigung.

Das Land Nordrhein-Westfalen und das Bundesministerium für Umwelt, Klimaschutz, Naturschutz und nukleare Sicherheit fördern das Projekt im Rahmen des DigiRess-Programms. Das Projekt läuft über drei Jahre.