Innovationspreis für effizientere und langlebigere Wasserstoff-Elektrolysezellen

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Die neue Nanofaserschicht stellt sicher, dass in der gesamten Katalysatorschicht (CL) einer Elektrolysezelle ein homogener Ladungstransport stattfinden kann (Abbildung b). | Quelle: Hahn-Schickard | Download

Um das vereinbarte Ziel der Bundesregierung, die CO2-Emissionen bis 2030 um 50 Prozent zu reduzieren und bis 2050 ganz darauf zu verzichten, muss auf nachhaltige Energiequellen umgeschwenkt werden. Eine Schlüsseltechnologie hierfür ist die emissionsfreie Herstellung von Wasserstoff durch Elektrolyse. In der Elektrolyse wird elektrische Energie genutzt, um aus Wasser Wasserstoff- und Sauerstoffgas zu erzeugen. Der Wasserstoff steht dann als klimaneutraler Primärenergieträger für mobile, stationäre oder industrielle Anwendungen zur Verfügung und kann beispielsweise in Brennstoffzellen genutzt werden, um Strom zu erzeugen. Für die Katalysatorschicht der Elektrolysezelle werden nach wie vor große Mengen seltener Edelmetalle wie Iridium benötigt, was eine große Herausforderung zur verbreiteten Anwendung darstellt.

Friedemann Hegge und Dr. Florian Lombeck, die beide in der Arbeitsgruppe von Dr. Matthias Breitwieser und Dr. Severin Vierrath von Hahn-Schickard und der Professur für Anwendungsentwicklung des Instituts für Mikrosystemtechnik (IMTEK) der Universität Freiburg arbeiten, entwickelten eine Hybridschicht aus Iridium-Oxid-Nanofasern und -Nanopartikeln, die zwei wesentliche Vorzüge gegenüber herkömmlichen Katalysatorschichten aufweist: Die Schicht zeigt eine höhere Querleitfähigkeit und Homogenität und kommt dabei mit bis zu 80 Prozent weniger des teuren Iridiums aus. Im Labor konnten die Forscher bestätigen, dass der Materialverbund von Nanofasern und Nanopartikeln nicht nur die Effizienz der chemischen Umwandlung steigert, sondern bei gleicher Leistung auch die Menge an benötigtem Iridium für die Nanofaserverbindungsschicht deutlich reduziert. Das zugehörige Patent wurde eingereicht.

Die Preisjury gewichtete den Innovationsgehalt mit 50 Prozent, das Marktpotential sowie den gesellschaftlichen/ökologischen Nutzen mit je 25 Prozent. Der f-cell Award wird seit 2001 vom Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Baden-Württemberg und der Wirtschaftsförderung Region Stuttgart GmbH vergeben. Baden-Württembergs Umweltminister Franz Untersteller MdL verlieh den Preis am 10. September 2019 im Rahmen der Abendveranstaltung der f-cell-Konferenz in Stuttgart.

Bereits 2015 erhielt die Arbeitsgruppe, die damals in Kooperation mit dem IMTEK von Professor Simon Thiele geleitet wurde, den f-cell award für die Herstellungstechnik der sogenannten „direkten Membrandeposition“, die eine vereinfachte und günstigere Herstellung von Brennstoffzellen ermöglicht.

Wissenschaftlicher Ansprechpartner:
Dr. Matthias Breitwieser, Gruppenleiter Elektrochemische Energiesysteme
Matthias.Breitwieser@Hahn-Schickard.de, +49 761 203-54063

Weitere Informationen:
https://www.hahn-schickard.de/anwendungen/nachhaltigkeit-energie-umwelt/elektrochemische-systeme/
https://f-cell.de/award/