NiSkali – Skalierbare Elektroden für die AEM-Elektrolyse

In dem neu gestarteten Projekt entwickeln die Partner skalierbare Ni-S-Elektroden für die alkalische Membran-Wasserelektrolyse (AEM-WE). Ziel sind robuste, leistungs- und kostenoptmierte Elektroden für Anoden- und Kathodenseite.

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, präziser steuerbar und wirtschaftlicher galvanischer Verfahren sowie edelmetallfreier Elektroden.

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

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.

Gruppenbild mit vier Frauen und einem Mann

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

NiSkali – Optimierung und Prozessskalierung für die Herstellung edelmetallfreier Nickel-Schwefel-Katalysatorschichten für Anode und Kathode in der alkalischen Membran-Wasserelektrolyse

Projektlaufzeit: 1. Januar 2026 – 30. Juni 2028

Projektpartner:

  • fem Forschungsinstitut
  • ZBT - Zentrum für BrennstoffzellenTechnik

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)

Kontext/Vorprojekt: IGF-Projekt N-AEMEL (IGF 01IF22519N)

Gefördert durch das BMWK aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages. IGF-Vorhaben: 01IF24616N

Noch viel mehr…

…über das Projekt weiß

Miriam Hesse
+49 203 7598-3131
Porträt einer jungen, dunkelhaarigen Frau

Weitere aktuelle Projekte