Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA
Das mit Wolfram-beschichteten Ziegeln ausgestattete Plasmagefäß des ASDEX Upgrades am MPI für Plasmaphysik in Garching bei München.
Elektrochemische Abscheidung von Wolframschichten für Fusionsreaktoren aus nicht-wässrigen Elektrolyten
Neuer Forschungsverbund aus Fraunhofer IPA, Max-Planck-Institut für Plasmaphysik und IOLiTec entwickelt erstmals ein elektrochemisches Verfahren zur Abscheidung von reinen Wolframschichten aus wasserfreien Elektrolyten. Ziel sind Schutzschichten für hochbelastete Innenwände von Fusionsreaktoren.
Warum Wolfram für die Fusionsenergie entscheidend ist
Wolfram ist das Material der Wahl für plasmaexponierte Oberflächen im Reaktorinneren – es hält Wärmelasten bis 10 MW/m² stand und bietet hohe Erosions- und Strahlungsbeständigkeit. Doch der Rohstoff ist selten, als Konfliktrohstoff eingestuft und schwer zu verarbeiten. Massive Wolframbauteile sind daher unwirtschaftlich.
Eine funktionale Wolframschicht auf gut verarbeitbare Trägermaterialien ist der technisch und ökologisch sinnvollere Weg.
Die zentrale Herausforderung
Klassische galvanische Verfahren scheitern bei Wolfram: Aufgrund seiner niedrigen Wasserstoffüberspannung wird in wässrigen Elektrolyten kein Metall abgeschieden, sondern nur Wasserstoff erzeugt. Ein Verfahren zur elektrochemischen Abscheidung von reinem Wolfram existiert noch nicht – weder industriell noch im Labor.
Unser Ansatz: Wasserfreie Elektrolyte – wissenschaftliches Neuland
Das Projekt beschreitet wissenschaftliches und technologisches Neuland.
Der Forschungsverbund setzt dabei auf zwei Klassen von wasserfreien Elektrolyten:
- Ionische Flüssigkeiten
- Organische Lösungsmittel
Diese sollen erstmals die gezielte elektrochemische Reduktion von Wolframionen – ohne störende Wasserstoffbildung ermöglichen. Im Fokus stehen also die Abscheidung dichter, reiner Wolframschichten bei moderaten Prozessbedingungen auf unterschiedlichen Trägermaterialien.
Glovebox im Galvanotechnikum des Fraunhofer IPA, wo der neuartige Beschichtungs- bzw. Abscheidungsprozess entwickelt wird.
Relevanz & Anwendungsperspektiven
Die im Projekt entwickelte Technologie leistet einen wichtigen Beitrag für:
- Realisierung der Fusionsenergie
- Ressourceneffizente Nutzung von kritischen Rohstoffen
- Neue Anwendungen in der Hochtemperatur‑ und Plasmaforschung
Bei Projekterfolg eröffnen sich langfristig Potenziale auch jenseits der Fusionsenergie – überall dort, wo Wolframschichten unter extremen Bedingungen gefragt sind, bislang aber mangels eines geeigneten elektrochemischen Abscheidungsverfahrens nicht realisiert werden konnten.