So wird die Wasserelektrolyse kostengünstig und umweltschonend möglich

Forschern am Fraunhofer IAP, Potsdam, gelang es, eine neue Klasse vielversprechender Anionenaustauscher-Polymere zu synthetisieren und daraus Membranen zu fertigen. Sie sind die Grundlage für die Entwicklung kostengünstiger, effizienter Elektrolyseure – sogenannte Anionenaustauschermembran-Wasserelektrolyseure (AEM-WE). "Unsere Membranen ermöglichen es, AEM-WE zu fertigen, die prinzipiell ohne Edelmetalle auskommen und keine Per- und Polyfluoralkylsubstanzen (PFAS) enthalten. Damit ebnen wir den Weg für innovative Systemarchitekturen, die preiswert und umweltschonend zugleich sind", erläutert Dr. Taybet Bilkay-Troni, Leiterin der Abteilung Polymere und Elektronik am Fraunhofer IAP, die Vorteile der neuartigen Polymertechnologie. Die Entwicklung der Anionenaustauscher-Polymere und der daraus resultierenden Membranen ist ein wichtiger Schritt für die Wasserstoff-Industrie in Deutschland.

Derzeit erhältliche Membranen, wie beispielsweise der Marke Nafion, basieren auf dem Prinzip der Protonenleitung, die in der Protonenaustauschermembran-Wasserelektrolyse (PEM-WE) angewendet wird. Diese erfordert Katalysatoren aus teuren Edelmetallen, wie beispielsweise Iridium. Die verwendeten Membranen enthalten zudem einen hohen Anteil von PFAS. Die neu entwickelten Anionenaustauschermembranen sind PFAS frei und ermöglichen den Elektrolysebetrieb mit kostengünstigen Übergangsmetallen über das Jahr 2025 hinaus.

Für die Entwicklung von AEMs fehlten bisher hochleitfähige Materialien, die chemisch stabil sind und den Bedingungen in alkalischen Elektrolyseuren und Brennstoffzellen standhalten. Auf Basis von Blockcopolyphenylquinoxalinen (BPPQ) stellte das Team am Fraunhofer IAP hydroxidionenleitfähige Membranen her, die für Anwendungen in Elektrolyseuren geeignet sind. Das belegen in-situ Tests beim Projektpartner, dem Zentrum für Brennstoffzellen Technik ZBT mit Sitz in Duisburg. Die neuen Membranen erreichen im Elektrolysebetrieb eine Stromdichte von 0,5 A/cm² bei einer Spannung von 2 V. Die spezifische Leitfähigkeit für Hydroxidionen der neu entwickelten Membranen beträgt rund 8 ms/cm bei 60 °C und 95 % relativer Feuchte.

Quelle: Fraunhofer IAP