Schriften des Forschungszentrums Jülich Reihe Energie & Umwelt / Energy & Environment

von

Das Vorhaben den CO2-Ausstoß Deutschlands langfristig zu senken, wird durch den voranschreitenden
Ausbau erneuerbarer Energiequellen, wie beispielsweise der Windkraft, unterstützt.
Da die Netzabdeckung solcher Systeme stark von der Wetterlage abhängen und folglich
in ihrer Energiebereitstellung fluktuieren, ist es erforderlich, geeignete Speichersysteme
zur Überbrückung von Engpässen in der Stromlieferung einzubinden. Eine Speichermöglichkeit
bietet sich durch die Erzeugung von Wasserstoff an, die mithilfe der Wasserelektrolyse
realisiert werden kann. Aufgrund ihrer dynamischen Betriebsweise ist die Polymer-Elektrolyt-
Membran (PEM) Elektrolyse besonders geeignet, da sie zügig auf variierende Eingangsleistungen
reagieren kann. Die Herausforderungen bestehen insbesondere darin, die Investitionskosten
des PEM-Elektrolyseurs durch Verwendung kostengünstigeren Alternativmaterialien
gezielt zu senken, ohne dass Performance-Verluste der Zelle auftreten.
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Untersuchung kommerziell erhältlicher Materialien,
die vor allem hinsichtlich ihrer Eignung für den Einsatz als Bipolarplattenmaterial in der
PEM-Wasserelektrolyse eingesetzt werden können. Dabei wird das Ziel verfolgt, langzeitstabile
Legierungen beziehungsweise Materialkombinationen zu identifizieren, die sich durch
eine geringe Korrosion bei guten elektrischen Kontakteigenschaften hervorheben. Die Beurteilung
der Korrosionsentwicklung erfolgt über die experimentelle Untersuchungen in Auslagerungs-
und Einzellzellversuchen durch Analyse der Metallionen-Emission sowie dem Anstieg
des Kontaktwiderstandes, welche als Folge der Belastung durch den Einfluss des Zellpotentials,
der Temperatur und den pH-Wert des Betriebswassers auftreten.
Mithilfe elektrischer und elektrochemischer Methoden konnte die Auswahl möglicher Substrat-
und Beschichtungsmaterialien auf wenige Metalle innerhalb des PSE eingegrenzt werden.
Daran anschließende Dauer- und Langzeitversuche unter realen PEMElektrolysebedingungen
haben ergeben, dass eine Kombination aus Edelstahlsubstrat und
dünner Goldschicht bereits zu deutlich geringeren Metallionen-Emissionen und praktisch
keinem Anstieg des Kontaktwiderstandes vergleichsweise zum Benchmark führen.