Deutsche Forscher entwickeln hocheffizienten alkalischen Membran-Elektrolyseur

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Einen hocheffizienten alkalischen Membran-Elektrolyseur haben Forscher von der TU Berlin, dem Helmholtz-Zentrum Berlin, dem Institut für Mikrosystemtechnik (IMTEK) der Universität Freiburg und Siemens Energy entwickelt und im Fachjournal „Nature Catalysis“ vorgestellt. „Jüngste Bemühungen im Bereich der Anionenaustauschmembran-Wasserelektrolyse konzentrieren sich auf die Entwicklung überlegener Katalysatoren und Membran-Elektroden-Einheiten, um die Leistungslücken im Vergleich zur Protonenaustauschmembran-Wasserelektrolyse zu verringern“, so die Forscher. Statt auf Iridium setzten sie auf Nickel-Doppelhydroxidverbindungen mit Eisen, Kobalt oder Mangan und entwickelten ein Verfahren, um eine alkalische Ionenaustauschmembran damit direkt zu beschichten. Der neue Elektrolyseur soll so fast ebenso effizient Wasserstoff produzieren wie ein PEM-Elektrolyseur.

Die Forscher nutzten die Berliner Rötgenquelle Bessy II, um während der Elektrolyse in der Zelle Operando-Messungen durchführen. Mit Hilfe eines Theorie-Teams aus Singapur und USA wurden die experimentellen Daten dann interpretiert. „Dadurch gelang es uns, die relevanten katalytisch-chemischen Prozesse an der katalysatorbeschichteten Membran aufzuklären – insbesondere den Phasenübergang von einer katalytisch inaktiven Alpha-Phase zur hochaktiven Gamma-Phase und die Rolle, welche die verschiedenen O-Liganden und Ni4+-Zentren bei der Katalyse spielen“, so Peter Strasser von der TU Berlin. Erst diese Gamma-Phase mache den neuen Katalysator konkurrenzfähig mit den aktuellen Katalysatoren aus Iridium. „Unsere Arbeit zeigt wichtige Gemeinsamkeiten zu Iridium im katalytischen Mechanismus, aber auch völlig überraschende molekulare Unterschiede“, so Strasser weiter. Die Untersuchung habe das Verständnis der fundamentalen Katalyse-Mechanismen der neuen nickelbasierten Elektroden-Materialien signifikant erweitert.

Den Forschern zufolge verspricht das neu entwickelte Beschichtungsverfahren der Membranelektrode eine sehr gute Skalierbarkeit. Am IMTEK sei eine erste vollfunktionsfähige Kleinzelle bereits getestet worden. Damit sei die Grundlage für eine industrielle Evaluierung gelegt und die Forscher hätten demonstriert, dass auch ein AEM-Wasserelektrolyseur hocheffizient sein könne.

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