Verbundvorhaben: Steigerung der Effizienz und Lebensdauer von Elektrolysezellen durch funktionsintegrierte, additiv gefertigte Zellbauteile; Teilvorhaben: Analyse der Entwicklung, Herstellbarkeit und Nachbehandlung von porösen Strukturen mittels additiver Fertigung
Zeitraum
2025-10-01 – 2028-09-30
Bewilligte Summe
201.339,13 EUR
Ausführende Stelle
Förderkennzeichen
03EI3124C
Leistungsplansystematik
Wasserstofferzeugung - Elektrolyse - PEM [EA2721]
Verbundvorhaben
Zuwendungsgeber
Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWE.IIC2)
Projektträger
Forschungszentrum Jülich GmbH (PT-J.ESI3)
Förderprogramm
Energie
Um den für die klimaneutrale Transformation von Industrie und Verkehr benötigten Wasserstoff wirtschaftlich und in ausreichender Menge herstellen zu können sind Elektrolysezellen mit einer hohen Effizienz und Lebensdauer notwendig. Zellen auf Basis von Polymer-Elektrolyt-Membranen (PEM) werden für diese Aufgabe aufgrund des guten Lastwechselverhaltens und der großen Stromdichte als besonders geeignet angesehen. Die Medienversorgung in der Zelle wird durch die Bipolarplatte (BPP) und die poröse Transportschicht (PTL) ermöglicht, welche die BPP mit der Membran verbindet. Aufgrund der Schichtaufbaus dieser Zellbauteile aus mehreren Komponenten ergeben sich Beschränkungen bezüglich der Optimierung von thermischer und elektrischer Kontaktierung, des Stofftransportes und der nachhaltigen Fertigung. Um die Effizienz und Lebensdauer von PEMEL-Zellen zu steigern und den Montageaufwand zu reduzieren, ist die wesentliche Kerninnovation dieses Vorhabens das konsequent funktionsoptimierte monolithische Design von BPP und PTL in einer vollmetallischen Komponente und deren Realisierung durch das PBF-LB/M-Verfahren. Im Vorhaben werden verschiedene Strukturdesigns für die angestrebte Anwendung entwickelt. Dies erfolgt in Kombination mit einer umfassenden DOE zur Parameterentwicklung, um die spezifischen Anforderungen bestmöglich zu erfüllen. Anschließend werden Testbaujobs mit unterschiedlichen Designs und Parametersätzen durchgeführt, bei denen die Konturen Schicht für Schicht im Schmelzprozess aufgebaut werden. Eine Sensitivitätsanalyse soll ermitteln, welcher Parameter den größten Einfluss auf die Herstellbarkeit der Stützkonturen hat. Zudem ist geplant, mittels µ-CT-Scan die Porosität zu bestimmen und das Porennetzwerk zu charakterisieren. Darüber hinaus werden Untersuchungen zur Entpulverung der Strukturen durchgeführt. Abschließend erfolgt die Fertigung der finalen Strukturen sowie deren Validierung anhand der definierten Anforderungen.