Röntgenmikroskopaufnahmer einer Membran-Elektroden-Einheit (MEA)

grELjet – Gradierte Katalysatorschichten für PEM-Elektrolyseure

Im Projekt grELjet entwickelt das ZBT gemeinsam mit Fraunhofer ENAS ortsaufgelöst optimierte Katalysatorschichten, die den Iridiumbedarf von PEM-Elektrolyseuren senken und ihre Effizienz steigern sollen.

Iridium ist ein besonders knapper und kostenintensiver Rohstoff für die Anoden von Polymer-Elektrolyt-Membran-Elektrolyseuren. grELjet untersucht, wie sich das Edelmetall mithilfe des Inkjetdrucks gezielt dort einsetzen lässt, wo es innerhalb der Elektrode den größten Nutzen erzielt.

Stabile Katalysatortinten für den Inkjetdruck

Grundlage des Verfahrens sind stabile und druckfähige Tintensysteme aus Iridium als Aktivmaterial, einem Ionomer und verschiedenen Lösungsmitteln. Untersucht werden ternäre Systeme aus Wasser, einem hochsiedenden Lösungsmittel wie DMSO oder 1,2-Ethylenglykol sowie N-Propanol.

Das ZBT charakterisiert unter anderem die Stabilität, Viskosität und weitere für den Inkjetdruck relevante Eigenschaften der Tinten. Für die systematische Versuchsplanung und grafische Auswertung wurde ein eigenes Tool entwickelt, das sich auch auf andere ternäre Lösungsmittelsysteme übertragen lässt und über ZBT Tools öffentlich zur Verfügung steht.

Ausgewählte Tinten wurden bereits von 10 auf 40 Milliliter skaliert. Fraunhofer ENAS fertigte daraus per Inkjetdruck PEM-Elektrolyse-Anoden mit variabler Katalysatorbelegung durch direkte Beschichtung der Membran.

Iridium gezielt und ortsaufgelöst einsetzen

Am ZBT werden die direkt beschichteten Katalysatormembranen zu Membran-Elektroden-Einheiten assembliert und elektrochemisch charakterisiert. Die ersten Ergebnisse liegen in der Größenordnung vergleichbarer Werte aus der Fachliteratur und zeigen das Potenzial des Inkjetdrucks für die Herstellung direkt beschichteter Membranen.

Im nächsten Schritt entwickelt das Projekt ortsaufgelöste Gradientenkonzepte innerhalb der Katalysatorschicht. Mithilfe von Simulationen werden Bereiche identifiziert, in denen unterschiedliche Katalysatorbelegungen oder Schichteigenschaften besonders vorteilhaft sind. So soll Iridium gezielter eingesetzt werden, ohne die Leistungsfähigkeit des Elektrolyseurs zu beeinträchtigen. Langfristig kann der Ansatz dazu beitragen, die Materialkosten zu senken und die Effizienz der PEM-Wasserelektrolyse zu erhöhen.

Projektinfos

  • Projektakronym: grELjet

  • Projekttitel:Effizienzsteigerung und Kostensenkung durch gradierte Katalysatorschichten für Polymer-Elektrolyt-Membran-Elektrolyseure mittels Inkjetdruck für einen ortsaufgelöst funktionsoptimierten Edelmetalleinsatz

  • Laufzeit: 01.12.2025 bis 31.05.2028

  • Förderprogramm: Industrielle Gemeinschaftsforschung (IGF)
  • Förderkennzeichen: 01IF24611N

  • Fördersumme gesamt: 523.426 €

  • Projektpartner:

    • Fraunhofer-Institut für Elektronische Nanosysteme ENAS

    • ZBT – Zentrum für BrennstoffzellenTechnik GmbH

Ansprechperson

Wladimir Philippi
Elektrochemische Komponenten
+49 203 7598-3129
Porträt von Wladimir Philippi