Mitarbeitende von Tanaka untersuchten das Mischungsverhältnis von Palladium und Kupfer in PdCu-Membranen. Die neu entwickelte Membran besteht aus einer Palladium-Kupfer-Legierung mit 61 Prozent Palladium und 39 Prozent Kupfer (PdCu39). Mit diesem Mischungsverhältnis habe man die Leistungsfähigkeit maximieren können, heißt es von dem japanischen Hersteller. Bisher galt PdCu40 (eine Legierung mit 60 % Palladium- und 40 % Kupferanteil) als Standard mit der höchsten Wasserstoffdurchlässigkeit.
Mechanismus der Wasserstoffpermeation bei Membranen auf Palladiumbasis (© Tanaka Precious Metal Technologies)
Wasserstoff entsteht bei der Reformierung aus Methanol-Wasser-Gemischen bereits bei rund 300 °C. Bisherige Membranen entfalteten ihre Wirkung jedoch erst bei 400 °C oder höher. Das machte zusätzliche Heizsysteme notwendig. Die neue PdCu39-Legierung benötigt jedoch nur Temperaturen von etwa 300 °C, um Wasserstoff zu reinigen. Dadurch kann die zusätzliche Heiztechnik entfallen und die Materialoxidation reduziert sich. Die Wasserstoffreinigungsanlagen können verkleinert werden und die Energiekosten sowie CO₂-Emissionen sind geringer.
Technische Spezifikationen der Membran
Bisher war die hohe Wasserstoffdurchlässigkeit von PdCu39 nicht bekannt. Grund war, dass bereits ein geringer Anteil von metallischen Phasen mit einer kubisch-flächenzentrierten Kristallstruktur (fcc-Phase) die Wasserstoffpermeation deutlich verringert. Reine metallische Phasen mit einer kubisch-raumzentrierten Kristallstruktur (bcc-Phase) zu erzielen, galt bisher als schwierig. Durch ein spezielles Wärmebehandlungsverfahren konnte Tanaka jedoch eine vollständige bcc-Phase ohne Mikrolöcher herstellen. Diese ermöglicht die hohe Wasserstoffdurchlässigkeit.
Die Prototypen sind als Folien in verschiedenen Formen verfügbar. Die Dicke beginnt bei 10 μm, die Breite reicht bis 120 mm. Quadratische und runde Formen sind möglich.
Tanaka stellt die Membran auf dem Fall Meeting 2025 des Japan Institute of Metals and Materials vor. Die Konferenz findet vom 17. bis 19. September 2025 an der Hokkaido-Universität statt.
