Wissenschaftlerin durch einen Teststand hindurch fotografiert

Abteilung Elektrochemische Komponenten

Die Abteilung Elektrochemische Komponenten verfolgt das Ziel, die Prozesse in elektrochemischen Energiewandlungssystemen wie Brennstoff- und Elektrolysezellen detailliert aufzuschlüsseln und systematisch zu optimieren.

Hierbei kommen hochmoderne elektrochemische sowie physikalische Analytikmethoden, innovative Architekturen und skalierbare Fertigungsverfahren für Einzelkomponenten und Membran-Elektroden-Einheiten (MEA) zum Einsatz.

Wir konzentrieren uns auf die gesamte Prozesskette von der Entwicklung, über die Optimierung bis hin zur Herstellung und zum Recycling der MEA und ihrer Komponenten sowohl für die PEM-Brennstoffzelle als auch für die PEM- und AEM-Wasserelektrolyse.

Labor- und Industriemaßstab

Mit unseren F&E-Aktivitäten im Labor- bis hin zum industriellen Maßstab zielen wir darauf ab, sowohl die Leistungsfähigkeit und Dauerstabilität der Brennstoff- und Elektrolysezellen zu maximieren, als auch industrieadäquate Fertigungstechnologien zu entwickeln sowie die Systemkosten zu senken. Durch die enge Zusammenarbeit mit akademischen und industriellen Partnern wollen wir den Weg für eine rasche Marktdurchdringung dieser Technologien ebnen.

Zwei Wissenschaftler in weißen Laborkitteln betrachten im Labor für Elektrochemische Komponenten eine Materialprobe.

Arbeitsschwerpunkte

Der Fokus unserer Arbeit liegt auf der Untersuchung der elektrochemischen Vorgänge und der umfassenden physikalisch-chemischen Charakterisierung der Zell-Komponenten sowie deren Ausgangs- und Zwischenprodukte. Diese ex- und in-situ Untersuchungen dienen der Gewinnung grundlegender Erkenntnisse über die Beziehungen von Komponenteneigenschaften mit Leistungsdaten und legen die Basis für die Entwicklung innovativer Materialien, Herstell- und Produktionsprozesse.

Fachgruppen

Die Abteilung ist in zwei Fachgruppen unterteilt: die MEA-Entwicklung und Elektrokatalyse (MEEK) und die MEA-Produktionstechnik und Charakterisierung (MPC).

Die gruppenübergreifende Expertise und Testmöglichkeiten der Abteilung ermöglichen eine umfassende Charakterisierung der Zwischenerzeugnisse und MEAs auf Einzelzell- und Shortstack-Ebene in Bezug auf (beschleunigtes) Einfahrverhalten, Performance (BOL), Alterung (EOL) und Emissionen im Realbetrieb.

MEA-Entwicklung und Elektrokatalyse

Die wissenschaftsorientierte Gruppe MEEK ist auf die Entwicklung und Optimierung von hochinnovativen MEA-Komponenten von der Nano- bis hin zur Schicht-Ebene spezialisiert. Dazu gehört beispielsweise der Einsatz neuartiger Elektrokatalysatoren, einschließlich innovativer Katalysatorträger, edelmetallfreier bzw. -reduzierter aktiver Spezies sowie maßgeschneiderte Elektrodenarchitekturen, etwa mit 3D-Gradienten von Ionenleitern und Katalysatorpartikeln. Durch diese Ansätze werden State-of-the-art-Materialien und Technologien weiter optimiert und die Grundlagen für hochperformante MEA-Komponenten der nächsten Generation gelegt.

Beschichtungslabor der Abteilung Elektrochemische Komponenten im ZBT mit mehreren Maschinen zur Messung

MEA-Produktionstechnik und Charakterisierung

Die Gruppe MPC widmet sich der anwendungsorientierten Forschung zur Entwicklung und Optimierung von Herstellverfahren und industrieadäquaten Produktionsprozessen von elektrochemisch aktiven Schichten, CCMs und MEAs für Brennstoffzellen und Elektrolyse-Anwendungen. Hierbei stehen neben dem Elektroden- und MEA-Design die skalierbaren Beschichtungsverfahren wie die Rakel- und Schlitzdüsenverfahren im Fokus.

Charakterisierung von Komponenten

Darüber hinaus verfügt die Gruppe über ein breites Spektrum an fortschrittlichen Charakterisierungsmethoden zur Bestimmung zentraler Kennwerte, wie der elektrischen, thermischen und protonischen Leitfähigkeit, Permeabilität uvm. einzelner Komponenten und MEAs.

3D-Modell einer MEA

Unser Potenzial

Wir sind ein Team aus 15 engagierten Expertinnen und Experten. Für unsere Arbeit steht uns eine umfangreiche Infrastruktur zur Verfügung, die es uns zum einen erlaubt, Einzelkomponenten exakt zu charakterisieren, CCMs, MEAs und komplette Zellen unter verschiedensten Betriebsbedingungen zu untersuchen und zum anderen verbesserte Komponenten sowie neue Herstellverfahren zu entwickeln.

  • (Elektro)chemische und physikalische Analytik
    • EIS / CV / HFR / H2P
    • RDE
    • Oberflächeneigenschaften (funktionelle Gruppen/ Zeta-Potential/ IEP)
    • Leitfähigkeit (ionisch, elektrisch)
  • Material-Screening von Brennstoffzellenkomponenten ex-situ
    • Katalysatoren, Träger (auch Pulvercharakterisierung)
    • Polymere (ionenleitend)
    • Membranen
    • Elektrodenschichten (Katalysator mit Polymer)
    • GDL/GDS-Material
    • Randverstärkungs-Systeme
  • Entwicklung von Beschichtungsverfahren und CCM-Herstellung
    • Dispergieren
    • Ultraschallsprühen, Rakeln, Schlitzdüse
    • Trocknen
    • Heißpressen/Laminieren
  • In-Situ-Tests für MEAs in vollautomatisierten Einzelzell- und Short-Stack-Testständen
    • Einfahren, Aktivieren, Leistungsfähigkeit, Alterungsverhalten
    • Performance-Tests unter verschiedensten Betriebsbedingungen
    • Prüfprotokolle individuell programmierbar (z.B. Inbetriebnahme, beschleunigte Alterung)
    • EIS / CV / HFR / H2P
Wissenschaftlerin Miriam Hesse an einem Elektrolyseteststand im ZBT - Zentrum für BrennstoffzellenTechnik, wo sie elektrochemische Komponenten untersucht

Kontakt

Abteilungsleiter Elektrochemische Komponenten

Dr. Volker Peinecke
+49 203 7598-3120

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