Fraunhofer ISE demonstriert ultrafeine Transportschichten für Elektrolyseure

Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE hat einen bedeutenden Fortschritt bei der Herstellung von Komponenten für die PEM-Elektrolyse erzielt. Mithilfe eines Siebdruckverfahrens ist es gelungen, ultrafeine poröse Transportschichten (Porous Transport Layers, PTL) aus Titan zu fertigen. Diese Innovation trägt dazu bei, die Materialkosten für Elektrolyseure erheblich zu senken, insbesondere durch eine reduzierte Verwendung teurer Katalysatormaterialien wie Iridium.

Die PEM-Elektrolyse gilt als eine der vielversprechendsten Technologien für die grüne Wasserstoffproduktion, da sie mit hoher Stromdichte arbeitet und sich flexibel an das schwankende Energieangebot aus erneuerbaren Quellen anpassen kann. Eine Schlüsselkomponente dieser Elektrolyseure sind die PTLs, die für den Transport von Wasser und Gasen zur katalysatorbeschichteten Membran verantwortlich sind. Ihre Optimierung kann sowohl die Leistungsfähigkeit der Elektrolyse als auch die Kostenstruktur erheblich verbessern.

Das Fraunhofer ISE hat daher den Fokus auf die Entwicklung feinporiger Titanschichten (Microporous Layers, MPL) gelegt, die zwischen der PTL und der katalysatorbeschichteten Membran aufgebracht werden. Diese Schichten zeichnen sich durch eine besonders geringe Oberflächenrauigkeit aus, was die Anbindung des Katalysators verbessert. Dadurch kann die Iridium-Beladung der Katalysatorschicht deutlich verringert werden, während gleichzeitig der Einsatz dünnerer Membranen ermöglicht wird, wodurch ohmsche Verluste reduziert werden.

Zur Herstellung dieser MPL-Schichten setzt das Fraunhofer ISE auf das Siebdruckverfahren, das eine präzise Steuerung der Schichtdicke und -struktur erlaubt. Das Institut konnte dabei auf seine langjährige Erfahrung in der Siebdrucktechnologie aus dem Bereich der Photovoltaik zurückgreifen. In Testreihen zeigte sich, dass mit diesem Verfahren sehr feine Schichten von etwa 20 µm Stärke aufgedruckt werden konnten, wodurch die Oberflächenrauigkeit der PTL um 46 % reduziert wurde. Dies verbessert die Kontaktierung zur Katalysatorschicht erheblich und trägt zur Einsparung wertvoller Materialien bei.

Mit diesem erfolgreichen Proof-of-Concept sucht das Fraunhofer ISE nun Industriepartner, um die mikroporösen Schichten weiter zu optimieren und an spezifische Anforderungen anzupassen.