NiSkali

Skalierbare Ni-S-Elektroden für die alkalische Membran-Wasserelektrolyse (AEM-WE)

NiSkali entwickelt edelmetallfreie Ni-S-Katalysatorschichten für Anode und Kathode der alkalischen Membran-Wasserelektrolyse (AEM-WE) weiter – mit Fokus auf Leistung, Stabilität und industrielle Umsetzbarkeit. Im Zentrum stehen die Optimierung der galvanischen Abscheidung, das kontrollierte S-Leaching/NiOOH-Strukturbildung sowie die Skalierung der Elektrodenfertigung auf größere Flächen.

Worum geht es im Projekt NiSkali?

NiSkali verfolgt ein klares Ziel: Ni-S-Katalysatorschichten galvanisch auf Edelstahlvlies so weiterzuentwickeln, dass sie robust, reproduzierbar und großflächig für den industriellen Einsatz in AEM-Elektrolyseuren herstellbar werden.

Im Vorgängerprojekt wurde die galvanische Abscheidung als besonders vielversprechender Ansatz zur Kosten- und Leistungsoptimierung nachgewiesen – und zwar für beide Elektrodenseiten (Kathode und Anode).

Warum Ni-S? Vorteile edelmetallfreier Elektroden in der AEM-Elektrolyse

Der Ni-S-Ansatz bietet gegenüber unbeschichtetem Edelstahlvlies (Anode) und Pt/C (Kathode) mehrere zentrale Vorteile:

  • Höhere elektrochemisch aktive Oberfläche & katalytische Aktivität
    Nachgewiesen über Kapazitätsmessungen sowie einen geringeren Ladungsübertragungswiderstand.

  • Besserer Kontakt zwischen Elektrode und AEM-Membran
    Sichtbar in einem reduzierten ohmschen Widerstand.

  • Niedrigere Material- und Fertigungskosten
    Durch den Einsatz schneller, präzise steuerbarer und wirtschaftlicher galvanischer Verfahren sowie edelmetallfreier Elektroden.

Starke Performance in der Wasserstoffentwicklung

  • Besonders an der Kathode zeigt Ni-S in der Wasserstoffentwicklungsreaktion („Hydrogen Evolution Reaction“, HER) eine deutlich bessere AEM-WE-Leistung als der kommerzielle Pt/C-Katalysator:
    Ni-S vs. Pt/C: 2,5 A·cm⁻² vs. 2,0 A·cm⁻² bei 2,0 V.

    Damit unterstreicht NiSkali das Potenzial, hohe Leistungsdichten ohne Edelmetalle zu ermöglichen und die Systemkosten weiter zu senken.

Wissenschaftlerin Miriam Hesse an einem Elektrolyseteststand im ZBT - Zentrum für BrennstoffzellenTechnik, wo sie elektrochemische Komponenten untersucht

Ziele und Arbeitsschwerpunkte in NiSkali

Basierend auf den vielversprechenden N-AEMEL-Ergebnissen adressiert NiSkali die für eine industrielle Anwendung entscheidenden Optimierungsbedarfe:

1) Elektrolytstabilität & Abscheideprozess optimieren

Der derzeit verwendete Elektrolyt ist nur etwa einen Tag haltbar, da sich unlösliche Komplexe zwischen Mangansulfat und Thioharnstoff bilden. NiSkali optimiert Rezeptur und Prozessparameter, um Effizienz und industrielle Skalierbarkeit des Abscheideprozesses zu erhöhen.

2) S-Leaching verstehen und kontrollieren

Das S-Leaching beeinflusst die Lamellenmorphologie und damit die katalytische Leistungsfähigkeit deutlich. Eine detaillierte Analyse soll Mechanismen aufklären und eine gezielte Steuerung ermöglichen.

3) Vorbehandlung durch kontrolliertes S-Leaching

Zur Vermeidung von Schwefeleinträgen in den Elektrolysekreislauf wird geprüft, ob eine definierte Vorbehandlung der Elektroden vor der Elektrolyse Vorteile bringt.

4) Skalierung der Elektrodenproduktion

Für den industriellen Einsatz ist eine großflächige, reproduzierbare Fertigung essenziell. Geplant ist eine Flächenvergrößerung um etwa Faktor 10.

5) Langzeitstabilität & Belastungstests

Zur Validierung der industriellen Eignung sind Langzeitmessungen (≥ 100 h) bzw. geeignete beschleunigte Alterungstests sowie Post-mortem-Analysen vorgesehen.

Projektinfos

    • Projektlaufzeit: 01.01.2026 – 30.06.2028

    • Kontext / Vorprojekt: IGF-Projekt N-AEMEL (IGF 01IF22519N), durchgeführt von fem und ZBT

    • Technologie: Alkalische Membran-Wasserelektrolyse (AEM-WE)

    • Kerninnovation: Galvanisch abgeschiedene Ni-S-Katalysatorschichten auf Edelstahlvlies (Anode & Kathode)

    • Fokus: Prozess- und Elektrolytstabilität, kontrolliertes S-Leaching/NiOOH-Strukturbildung, Skalierung (≈ Faktor 10), Langzeitstabilität (≥ 100 h)

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…über das Projekt weiß

Miriam Hesse
+49 203 7598-3131
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