Das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) hat im Rahmen seiner angewandten Forschung zur Alkalischen Elektrolyse ein kostengünstiges und sehr gut skalierbares Verfahren zur Herstellung von hochporösen und katalytisch aktiven Elektroden zur Anwendungsreife weiterentwickelt. Die Nickel-basierten Elektroden werden mit Hilfe des Feuerverzinkens erzeugt, das heute Stand der Technik ist, um Stahlbauteile vor Korrosion zu schützen.
Bei dem am ZSW entwickelten Verfahren werden Nickel-Substrate, z.B. Lochbleche oder Streckmetalle, für wenige Minuten in ein Verzinkungsbad getaucht. Dabei bildet sich auf der Oberfläche eine Nickel-Zink-Legierung. Mit Hilfe einer Nachbehandlung wird das Zink wieder aus der Elektrodenoberfläche gelöst und es entsteht eine hochporöse, katalytisch aktive Nickel-Schicht.
Der Beschichtungsprozess bietet einige Vorteile im Vergleich zu anderen Beschichtungsverfahren: Verzinkungsbäder sind weltweit auch in sehr großen Dimensionen verfügbar. Sie können damit unmittelbar, d.h. ohne zusätzlichen Investitionsaufwand genutzt werden und es lassen sich darin auch große Elektroden bis in den Multi-Megawatt-Maßstab mit mehreren Quadratmetern Zellfläche unabhängig von deren Bauteildesign beschichten. Da in einem Verzinkungsbad auch mehrere Substrate gleichzeitig beschichtet werden können, ist ein hoher Fertigungsdurchsatz realisierbar.
Neben diesen Skalierungs- und Kostenvorteilen wird zudem eine sehr gute, mit alternativen Beschichtungstechnologien vergleichbare Elektrodenperformance erreicht. Feuerverzinkte Kathoden (Anode: unbeschichtetes Nickel-Lochblech) wurden am ZSW im Maßstab 100 cm² Elektrodenfläche in einem Elektrolysestack über 300 Stunden validiert. Dabei konnten bei für die alkalische Elektrolyse üblichen Stromdichten von 600 mA / cm² eine Zellspannung von 1,76 V und damit einen Wirkungsgrad von 84% (HHV) erzielt werden. Die Entwicklungen fanden im Rahmen des Forschungsprojektes „Ely-ZnCoat“ statt, welches im Rahmen des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) in Baden-Württemberg gefördert wurde.
Ab 2025 ist geplant die Technologie in den Quadratmeter-Maßstab zu skalieren und zu testen.
Am ZSW stehen mit dem Elektrolysetestfeld ElyLab vielfältige Testmöglichkeiten für die Validierung von Elektrodenbeschichtungen und Elektrolysestacks vom Quadratzentimeter-Maßstab bis in die Multi-Megawatt-Klasse zur Verfügung.
Kontakt
Gruppenleiterin Elektrolyse
Dipl.-Ing. Tonja Marquard-Möllenstedt
+49 (0)711 78 70-285
tonja.marquard-moellenstedt@zsw-bw.de