IREKA – Iridium-reduzierte Anodenkatalysatoren für die PEM-Wasserelektrolyse

Im Detail

Wasserstoff ist ein wichtiger Baustein bei der Umstellung von Industrie und Verkehr auf erneuerbare Energien. Jedoch ist die Technologie an vielen Stellen noch nicht skalierbar. Für die Gewinnung von Wasserstoff ist die Elektrolysetechnik ein zentraler Bestandteil. Neben alkalischen Hochdruckelektrolyseuren spielen Elektrolyseure auf Basis von Protonen Austauschmembranen (PEM) eine wichtige Rolle, da diese besser mit wechselnden Lastprofilen — wie sie bei der Einspeisung aus regenerativen Energiequellen zwangsläufig vorliegen — betrieben werden können.

PEM-Elektrolyseure sind von Iridiumoberflächen abhängig. Allerdings ist Iridium extrem selten. Die weltweite jährliche Fördermenge an Gold ist circa 400-mal größer als die von Iridium. In den nächsten 100 Jahren wird bei stetig wachsendem Energieverbrauch der Bedarf an Iridium die verfügbaren Ressourcen übersteigen. Dadurch wird auch der Preis des Iridiums sowie der darauf basierenden Technologien kontinuierlich ansteigen. Ein Ausbau der PEM-Elektrolysekapazitäten im großen Maßstab lässt sich daher langfristig nur umsetzen, wenn der Iridium-Einsatz signifikant reduziert wird.

Galvanisch erzeugte Oberflächen sind für den sparsamen Materialeinsatz prädestiniert. Schichten können sehr dünn bis hin zu nur einzelnen Keimen erzeugt werden, zudem kann die Abscheidung selektiv nur auf den Funktionsflächen erfolgen.

Im Projekt sollen drei verschiedene Routen untersucht werden, um den Einsatz von Iridium auf den Anoden zu reduzieren:

• die Abscheidung dünner Iridiumlegierungsschichten,
• die direkte Erzeugung von Iridiumoxid
• und die Herstellung kleinstskaliger Katalysatorpartikel durch Mikrogalvanoformung.

Die so am IPA erzeugten Proben werden zur Untersuchung dem Leibniz-Institut für Katalyse e. V. übergeben und hinsichtlich Funktionsfähigkeit (möglichst geringes benötigtes Anodenpotenzial zur Erreichung der Arbeitsstromdichte) und Langzeitstäbilität getestet. Eignet sich das Verfahren zur Abscheidung von Iridium-reduzierten Katalysatorschichten, erarbeitet das Fraunhofer IPA ein Konzept zur Hochskalierung des Prozesses.

IREKA ist ein Teilprojekt des Leitprojekt H₂Giga, gefördert vom Bundesministerium für Bildung und Forschung und durch den Projektträger Jülich koordiniert. Das Leitprojekt H₂Giga verschreibt sich der Entwicklung serieller Produktion von Elektrolyseuren – und das technologieoffen. Gemeinsam bringen etablierte Elektrolyseur-Hersteller, Zulieferer aus verschiedenen Technologiebereichen, darunter viele mittelständische und kleine Unternehmen, sowie Forschungseinrichtungen und Universitäten bestehende Elektrolyse-Technologien weiter voran.

Förderkennzeichen: 03HY107B