Elektrolysetechnik um 20 Prozent effektiver
Nur die Lebensdauer der Innovation des Korea Institute of Science and Technology ist bescheiden
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Schematische Darstellung des AEM-Elektrolyseurs in Aktion (Grafik: eng.kist.re.kr) |
Seoul/Abu Dhabi (pte001/01.02.2022/06:00)
Mit einer Membran, die statt Protonen Anionen passieren lässt, haben Forscher des Korea Institute of Science and Technology (KIST) http://eng.kist.re.kr die Effektivität von Elektrolyseuren um 20 Prozent verbessert. Mit der gleichen Menge an Strom lässt sich somit 20 Prozent mehr Wasserstoff produzieren. Typischerweise verwenden Elektrolyseure Protonenaustauschmembranen (PEM), die Anode und Kathode trennen. Zwischen den beiden Elektroden ist leicht säurehaltiges Wasser. Dieses wird gespalten, wenn an die Elektroden eine elektrische Spannung angelegt wird.
Teure Edelmetalle einsparen
Die Membran lässt Wasserstoffionen passieren. Sie sammeln sich an der Kathode und verbinden sich hier mit Elektronen zu Wasserstoffgas, das geerntet werden kann. Wegen des sauren Umfeldes müssen, um Korrosion zu vermeiden, edlere und damit teure Werkstoffe verwendet werden. Alternativ können Anionenaustauschmembranen (AEM) eingesetzt werden, die negativ geladene OH-Ionen passieren lassen. Diese werden von der Anode angezogen, wo sie sich zu Sauerstoff- und Wassermolekülen verbinden. An der Kathode sammelt sich Wasserstoffgas.
AEMs arbeiten unter alkalischen Bedingungen, benötigen also keine ausgefallenen Edelmetalle - die Materialien sind rund 3.000 Mal günstiger. Bisher ist AEMs kein kommerzieller Erfolg beschert, da ihre Lebensdauer zu gering ist. Die AEMs, die die KIST-Forscher entwickelt haben, halten zehnmal länger durch als die bisher verwendeten. Allerdings weist die Internationale Agentur für erneuerbare Energien https://irena.org darauf hin, dass die Membranen von PEM-Elektrolyseure ohne weiteres 50.000 Betriebsstunden durchhalten. Bei der KIST-Membran sind es allerdings nur gut 1000 Stunden, jedenfalls nach den bisherigen Tests.
Membran für Brennstoffzellen
Auch wenn die Entwicklung von konkurrenzfähigen AEM-Elektrolyseuren noch dauert: "Die Membran lässt sich auch anderweitig verwenden. Sie lässt sich nicht nur in Elektrolyseuren einsetzen, sondern auch in Brennstoffzellen, in denen aus Wasserstoff und dem Sauerstoff der Luft Strom erzeugt wird", verdeutlicht der an der Entwicklung ebenfalls beteiligte Wissenschaftler Young Moo Lee von der Hanyang University http://hanyang.ac.kr abschließend.
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