Um die Material- und Herstellungskosten für PEM-Elektrolyseure zu senken, forscht das Fraunhofer ISE an skalierbaren Produktionsverfahren. Nun sei es den Forschenden erstmals gelungen, im Siebdruckverfahren ultrafeine poröse Transportschichten aus Titan herzustellen. Stefan Bercher, Projektleiter vom Fraunhofer ISE, berichtet, dass sie sehr feine Schichten von etwa 20 µm Stärke gedruckt haben. Der Siebdruck erlaubt eine präzise Kontrolle der Dicke und Struktur der Schichten.
Die porösen Transportschichten (Porous Transport Layers, PTL) sind zentral für die Leistung der PEM-Elektrolyseure. „Als ‚Lunge‘ der katalysatorbeschichteten Membran sind die PTL unter anderem für den Transport von Wasser und Gasen zuständig”, erklärt Bercher.
Die nun verwendete Siebdrucktechnik reduziere Oberflächenrauigkeit um 46 Prozent und ermögliche so signifikante Einsparungen bei teuren Edelmetall-Katalysatoren, heißt es vom Fraunhofer ISE.
Die Laser-Scan-Mikroskopieaufnahme zeigt die deutliche Reduktion der Oberflächenrauigkeit. (© Fraunhofer ISE)
Weitere Innovationen
Die Forschenden bringen feinporige Titanschichten (microporous layers, MPL) zwischen PTL-Schicht und katalysatorbeschichteter Membran auf. Diese verbessern die Katalysatoranbindung und erhöhen die Ausnutzung. Zudem ermöglichen sie den Einsatz dünnerer Membranen, wodurch ohmsche Verluste reduziert werden.
In Testreihen optimierte das Fraunhofer ISE jeden Produktionsschritt – vom Anmischen der Tinte mit Titanpartikeln über den eigentlichen Siebdruckvorgang auf industrieüblichen Anlagen bis zum Sintern. Das Forschungsteam sucht nun Industriepartner für die weitere Optimierung und Anpassung der mikroporösen Schicht auf kundenspezifische poröse Transportschichten.
Auf der Hannover Messe (31.03.-04.04.) zeigt das Fraunhofer ISE Muster der optimierten mikroporösen Transportschicht. Zusätzlich stellt das Institut weitere Entwicklungen vor, darunter verschiedene MEA-Designs mit verringerter Edelmetall-Beladung für Elektrolyseure und Brennstoffzellen. Am Stand (Halle 13, C41) zeigt das Fraunhofer ISE auch ein 3D-Exponat „Wasserstoff-Infrastruktur”, das eine typische lokale Wasserstoffinfrastruktur mit regionaler Erzeugung, Verteilung und Speicherung darstellt.
