Entwicklung von […] Membran-Elektroden-Einheiten für PEM-Brennstoffzellen und PEM-Hochdruckwasserelektrolyseure […] (HyPresMEA)

Im Projekt HyPresMEA (Entwicklung von kostengünstigen, langzeitstabilen und leistungsverbesserten Membran-Elektroden-Einheiten für PEM-Brennstoffzellen und PEM-Hochdruckwasserelektrolyseure, vorzugsweise eingesetzt in Systemen mit hydraulischer Verpressung) kooperieren die Ostfalia Hochschule für angewandte Wissenschaften und die Westfälische Hochschule (W-HS) bei der Entwicklung neuer Bausteine für Brennstoffzellen. Geleitet wird das Projekt von Prof. Dr. Michael Brodmann (W-HS) und Prof. Dr. Achim Schmiemann (Ostfalia).

Herausforderung

Die Energiewende in Deutschland hat zur Folge, dass immer mehr Energie aus regenerativen Quellen wie Sonne, Wind und Wasser gewonnen wird. Gerade diese Quellen unterliegen jedoch starken Schwankungen, so dass entsprechende Methoden zur Speicherung überschüssiger Energie dringend benötigt werden. Eine dieser Methoden ist die Speicherung auf Wasserstoffbasis: Über eine reversible Brennstoffzelle kann mit dem überschüssigen Strom aus Wasser Wasserstoff erzeugt werden, der dann zum Beispiel unterirdisch gespeichert wird. Mit derselben Brennstoffzelle kann der gespeicherte Wasserstoff wieder in Wasser zurückverwandelt werden, wobei erneut Strom erzeugt wird. Das Verfahren hat allerdings bisher nur einen eher geringen Wirkungsgrad und benötigt teure Materialien und Herstellungsverfahren. Für einen großflächigen Einsatz muss es daher noch deutlich wirtschaftlicher werden.

Ziele und Vorgehen

Das HyPresMEA-Projektteam verfolgt neue Ansätze, um die Wasserstoff-Speichertechnik langlebiger und wirtschaftlicher zu machen. Der Fokus liegt auf den Komponenten der Brennstoffzellen: Diese enthalten eine sogenannte Protonen-Austausch-Membran oder Polymerelektrolytmembran (PEM) zwischen zwei Elektroden. Die Ostfalia untersucht Modifikationen, die zur Stabilisierung von Polymermembranen beitragen können. Die W-HS entwickelt die Elektroden und setzt dabei unter anderem keramische Trägermaterialien ein. Die im Projekt entwickelten Komponenten kommen in für den Hochdruckbetrieb optimierten Systemen mit hydraulischer Einzelzellverpressung zum Einsatz, diese Methode wurde an der W-HS entwickelt und patentiert. Die am Konsortium beteiligten Unternehmen wollen schließlich anhand der neu erarbeiteten Membran-Elektroden-Einheiten (MEA, kurz für membrane electrode assembly) ein Konzept für den Aufbau von stationären, wasserstoffbetriebenen Speichersystemen entwickeln.

Innovationen und Perspektiven

Die im Projekt entwickelten Membran-Elektroden-Einheiten (MEA, kurz für membrane electrode assembly) betrachten die Projektpartner als einen ersten Schritt hin zu kommerziell nutzbaren Speichersystemen. Wenn das Projekt Erfolg hat, könnte der Aufbau zum Beispiel im Rahmen eines Nachfolgeprojekts „hochskaliert“ werden. Langfristig erwarten die Projektpartner eine verbesserte Effizienz und geringere Investitionskosten für Wasserstoffenergiesysteme. Zudem zielen die Arbeiten auf eine verbesserte Langzeitstabilität und einen hohen Wirkungsgrad der Systeme.