Ortsaufgelöste elektrochemische Charakterisierung von Protonenaustauschmembran (PEM)-Elektrolyse Zellen

In Zeiten der Energiewende wird die Gewinnung von Strom aus erneuerbaren Energien (Windkraft und Photovoltaik) immer wichtiger. Jedoch sind diese Technologien von wechselnden Bedingungen geprägt. Bei Dunkelflauten gibt es einen Mangel an elektrischer Energie und andererseits gibt es häufig einen Überfluss an elektrischer Energie z.B. in den Sommermonaten, wenn die Solarenergieerzeugung ihren Höhepunkt erreicht. Eine Lösung für diese Schwankungsanfälligkeit liefert die Wasserelektrolyse. Dabei wird die überflüssige elektrische Energie aus den erneuerbaren Energien in chemische Energie umgewandelt. Im Wasserstoff wird diese chemische Energie gespeichert. Der Wasserstoff dient als Energieträger und kann als Brennstoff (Power-to-Fuel) oder als Rohstoff (Power-to-Chemicals) verwendet werden. Die Entwicklung und die Optimierung von Elektrolyse-Zellen spielen dabei eine zentrale Rolle. Aktuelle Forschungen konzentrieren sich darauf, die elektrochemischen Eigenschaften der Zellen besser zu verstehen und zu optimieren. Sie zielt darauf ab, die Effizienz, Stabilität und Wirtschaftlichkeit zu verbessern [1]. Eine Orientierungsgröße für die Effizienz der Elektrolyse-Zelle ist die Polarisationskurve. Ein flacher Verlauf nahe dem Nernst-Potential ist beabsichtigt. Überpotentiale müssen daher minimiert werden. Daher ist die Untersuchung und Verfahrensentwicklung von Zellkomponenten, wie Katalysator, Trägermaterial, PTL und Membran von großer Bedeutung. Eine hohe Stabilität bei den Betriebsbedingungen muss gewährleistet werden. Außerdem müssen die Strömungsfelder so gestaltet werden, um eine gleichmäßige Reaktantenzufuhr und Gas-, Wärmeabfuhr zu erreichen.