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Fraunhofer ISE optimiert Massenproduktion von PEM-Elektrolyseuren

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Autor: Magnus Schwarz

04. April 2023 | Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE hat ein spezielles Zell- und Stackdesign für Elektrolyseure entwickelt. Der neuartige Halbzellenverbund (HZV) soll die Material- und Herstellungskosten für PEM-Elektrolyseure senken und so deren großskalige Massenproduktion ermöglichen.

Um in naher Zukunft konkurrenzfähige Stacks für die PEM-Elektrolyse in hoher Stückzahl produzieren zu können, gilt es, Design und Herstellungsprozess zu optimieren. Der am Fraunhofer ISE entwickelte Halbzellenverbund (HZV) vereint laut Institut die Funktionalität der Einzelkomponenten konventioneller Designs (Einfassung, Dichtelement, Kanalstrukturen für die Medienversorgung und poröse Transportschicht) in nur einem Bauteil – jedoch ohne Verwendung eines zusätzlichen Rahmenteils.

Vorteile des Halbzellenverbunds auf einen Blick

  • Reduktion von Material- und Herstellkosten
  • Verringerung der Bauteilanzahl
  • Vereinfachung der Montage
  • neue Möglichkeiten wie Flächenskalierung und automatisierte Herstellverfahren
  • vereinfachte Qualitätsprüfung eines Halbzellenverbunds vor der Montage

Ohne Rahmenteil zu vereinfachter Montage

Neuartiger Halbzellenverbund für eine PEM-Elektrolysezelle, bestehend aus einem porösen Grundelement, einem Streckmetall, einer porösen Transportschicht und einer eingebrachten Fügemasse aus Elastomer, um die Dichtungs- und Kanalstrukturen auszuformen (Quelle: Fraunhofer ISE)

Neuartiger Halbzellenverbund für eine PEM-Elektrolysezelle aus porösem Grundelement, Streckmetall, poröser Transportschicht und eingebrachten Fügemasse aus Elastomer, um Dichtungs- und Kanalstrukturen auszuformen (Quelle: Fraunhofer ISE)

Auf einer Fläche von 150 cm² konnten die Forscher nach eigenen Angaben zeigen, dass der Halbzellenverbund im Betrieb Druck- und Temperaturwechsellasten auf der Anode bzw. Kathode bis 10 bar und 80 °C ohne nennenswerte Leistungseinbußen gewährleisten kann.

Aufgrund der positiven Ergebnisse der Machbarkeitsanalyse habe das Institut Design und Herstellverfahren zum Patent angemeldet. Aktuell strebe man eine Skalierung auf größere Zellflächen bis 600 cm² mit höherem Wasserstoffgasdruck an, um eine industriell relevante Ausführung bei vergleichbaren Leistungsdichten zu erreichen.

Das Fraunhofer ISE auf der Hannover Messe

Auf der Hannover Messe will das Fraunhofer ISE weitere Forschungsergebnisse vorstellen: So ist eine im Decalverfahren hergestellte Membran-Elektroden-Einheit für PEM-Brennstoffzellen mit im Siebdruckverfahren produzierten Katalysatorschichten zu sehen.

Vertreter des Instituts zeigen außerdem die Charakterisierung von Zellkomponenten und Lebensdaueruntersuchungen anhand einer Test-Brennstoffzelle. Weiterhin demonstrieren sie einen Power-to-X-Würfel, der die relative Energiedichte wasserstoffbasierter Energieträger im Vergleich zu verflüssigtem Wasserstoff veranschaulicht.

Den Stand des Fraunhofer ISE finden Sie vom 17. bis 21. April 2023 auf der Hannover Messe in Halle 13, Stand D35. Weitere Informationen dazu finden Sie hier.

 

(Quelle: Fraunhofer ISE/2023)

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