The hydrogen and
fuel cell center
ZBT GmbH

Projekt gestartet: Weiterentwicklung von porösen Transportschichten in der PEM-Elektrolyse

Um die Kosten bei der PEM-Elektrolyse zu senken hat das ZBT gemeinsam mit der Ruhr-Universität Bochum ein Projekt zur Optimierung poröser Transportschichten gestartet.

Schematische Darstellung der UKP-Laserbearbeitung in Gasumgebung

Schematische Darstellung der UKP-Laserbearbeitung in Flüssigkeiten

Rasterelektronenmikroskop

REM-Aufnahme einer PTL aus UKP-Laserfertigung in Flüssigkeiten (25 µm Dicke)

Logo des LAT an der Ruhr-Universität Bochum

Die sogenannte PEM-Elektrolyse ist eine Möglichkeit, Wasserstoff aus Wasser und regenerativ erzeugtem Strom umweltfreundlich herzustellen. Diese Technologie wird bereits großtechnisch demonstriert, ist aber aktuell noch mit hohen Betriebs- und Anschaffungskosten verbunden. An beiden Punkten setzen ZBT und Ruhr-Universität Bochum an. Gemeinsam wollen sie die sogenannte poröse Transportschicht (porous transport layer, PTL) – eine zentrale Komponente der PEMWE – optimieren.

Hierzu werden PTLs aus einer handelsüblichen Titanfolie mittels eines am Lehrstuhl für Laseranwendungstechnik (LAT) der Ruhr-Uni entwickelten, neuartigen Fertigungsverfahrens hergestellt. Dieses Verfahren basiert auf der Ultrakurzpuls-Lasertechnologie (UKP-LT) und ermöglicht es, die Folie im selben Bearbeitungsschritt zu perforieren und die übrigen Stegoberflächen bis in den niedrigen µm-Bereich detailgetreu zu gestalten. Damit passt die Fertigungstechnologie mit den charakteristischen Größenordnungen der PTL sehr gut zusammen und vergrößert den bisher verfügbaren Parameterraum der PTL-Gestaltung. Dies ist der Ansatzpunkt um die Betriebskosten durch Wirkungsgradsteigerungen zu senken. Auch werden mit diesem PTL-Ansatz die Herstellungskosten adressiert, da die verwendeten Folien vergleichsweise günstig sind und sich potentiell für eine großserielle Rolle-zu-Rolle-Fertigung eignen.

Flüssigkeitsdurchströmte Bearbeitungskammer

Eine Besonderheit des UPK-LT-Fertigungsverfahrens, die es erst ermöglich PTLs zu lasern, liegt in der flüssigkeitsdurchströmten Bearbeitungskammer. Die Flüssigkeit sorgt für einen viel wirksameren Wärmeabtransport im Vergleich zu UKP in Gasatmosphäre und verringert so eine Oxidation der Titanfolie. Dadurch eignet sich dieses Verfahren besonders für den Einsatz in der Elektrolyse.
Am LAT liegt der Fokus auf der Optimierung der Laserparameter für eine bestmögliche Fertigungsqualität und Geschwindigkeit, sowie einer Machbarkeitsstudie zur Skalierbarkeit der Herstellung. Das wissenschaftliche Ziel des ZBT ist die Erkundung des neu gewonnen Parameterraums im Hinblick auf Wirkungsgradoptimierung und ein tiefergreifendes Verständnis der PTL-Morphologie.

Erste Messergebnisse bestätigten bereits die Funktionsfähigkeit und liegen im Bereich von Referenzprodukten.

Abteilung Elektrolyse und Batterien

IGF-Vorhaben 21971 N „Entwicklung strukturierter Metallfolien als neuartige poröse Transportschichten für die Wasserelektrolyse (MetalFoil-PTL)“