Das ZBT entwickelt Zellkomponenten für Wasserelektrolyseure mit saurer Protonen-leitender Membran (PEM) als Festelektrolyt. Anwendungen für PEM-Elektrolyseure reichen von kleinen Laborgaserzeugern über dezentrale Wasserstofferzeuger an H2-Tankstellen bis hin zur zentralen Gaserzeugung für so genannte Power-to-Gas-Anwendungen im Rahmen der Speicherung von überschüssigem Strom aus erneuerbaren Energien.
Wichtige Komponenten einer Elektrolysezelle sind die Stromverteiler in den beiden Elektrodenräumen, da diese für eine gleichmäßige Wasserverteilung und eine gute Gasabfuhr an der Membran benötigt werden. Gleichzeitig müssen eine gute elektrische Leitfähigkeit und hohe Korrosionsbeständigkeit gegenüber der sauren Umgebung, dem auf der Anodenseite entstehenden Sauerstoff sowie dem hohen Potential von ca. 2 V im Betrieb gegeben sein.
Derzeit gibt es keine kommerziell erhältlichen Standard-Stromverteiler. Hauptsächlich werden als Stromverteiler Sinterkörper oder Gewebe aus Titan verwendet. Die erhältlichen Materialien weisen jedoch keine Optimierung hinsichtlich des Betriebs in einer Elektrolysezelle auf. Das größte Problem liegt jedoch in den hohen Kosten, die diese Stromverteiler in der Anschaffung verursachen.
Zusammen mit der Bender GmbH, Siegen, und gefördert vom Bundeswirtschaftsministerium wurden in einem ZIM-Vorhaben Stromverteiler für die PEM-Elektrolyse entwickelt. Diese bestehen aus einem Titanstreckmetall als Substrat. Das Streckmetall wird ohne Materialverlust gefertigt und bietet trotzdem einen festen Verbund der Einzelmaschen. Die Öffnungen in den Maschen werden mit einem leitfähigen und korrosionsbeständigen Pulver verschlossen, wobei dieser Verbund trotzdem porös bleibt. Auf diese Weise sollen die Herstellungskosten gegenüber bislang eingesetzten Stromverteilervarianten gesenkt werden.
Die auf diese Art hergestellten Stromverteiler weisen bereits gute mechanische Eigenschaften auf und konnten zusammen mit am ZBT gefertigten Katalysator-beschichteten Membranen (Catalyst coated membrane: CCM) Stromdichten von 1 A/cm² bei einer Zellspannung von ca. 1,86 V erreichen.
Autor: Sebastian Stypka, ZBT GmbH
Abteilung Wasserstoff und Batterien
