Im Mittelpunkt der Untersuchungen der Institute stand eine neuartige, bei Fraunhofer-Institut UMSICHT entwickelte und patentierte kohlenstoffbasierte Bipolarplatte, die aus einer thermoplastischen, polymergebundenen Kohlenstoffmatrix mit leitfähigen Additiven wie Ruß und Graphit besteht und in einem Pulver-Rolle-Verfahren hergestellt wird. Sie könnte die Produktion von grünem Wasserstoff kostengünstiger machen und die Titan-Bipolarplatte ablösen.
Material und Produktionsprozess der vom Fraunhofer-Institut UMSICHT entwickelten kohlenstoffbasierten Bipolarplatten ermöglichen die kontinuierliche Herstellung einer sowohl leicht zu bearbeitenden als auch schweißbaren Bipolarplatte, die bereits kommerziell im Bereich der Redox-Flow-Batterien eingesetzt wird.
Ein ganz neues Designs für PEM-Elektrolyseure
Diese Bipolarplatte und eine Bipolarplatte aus Titan haben die Forschenden umfassenden Ex-situ-und In-situ-Tests unterzogen. Bei den Ex-situ-Untersuchungen führten sie elektrochemische Korrosionsstudien durch, analysierten dann die Korrosion in Rasterelektronenmikroskop-Bildern und maßen den Gewichtsverlust der Bipolarplatte auf Kohlenstoffbasis, um die Eignung für reale Anwendungen und die Wahl der Parameter zu bewerten. Bei den In-situ-Tests wurden die Bipolarplatten über 500 Stunden lang beschleunigten Alterungstests mit wechselnden Stromdichten zwischen 1 und 3 A cm-2 ausgesetzt.
Im Kern haben die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler herausgefunden, dass die Bipolarplatte auf Kohlenstoffbasis eine Alterungsrate im niedrigen Bereich von µV h-1 hat und damit eine vielversprechende Leistung zeigt. Damit kann sie durchaus mit Titan-Bipolarplatten konkurrieren und stellt eine wesentlich kostengünstigere Alternative dar.
Ein weiterer Vorteil: Aufgrund ihrer Materialeigenschaften wie der Verschweißbarkeit ermöglicht sie ganz neue Designs für PEM-Elektrolyseure. Das Potenzial, Titan-Bipolarplatten im PEM-Elektrolyse-Stack zu ersetzen und die Elektrolyse gleichzeitig skalierbar zu machen ist also definitiv vorhanden. Jetzt gilt es, das neue Material weiter zu untersuchen und gegebenenfalls zu optimieren, um die Kosten der Elektrolyse weiter zu senken und dadurch die Produktion von grünem Wasserstoff wirtschaftlicher zu gestalten.
