Zukunftsweisende Platinbeschichtung von porösen Transportschichten (PTL) und Bipolarplatten (BPL) aus Titan
Metal Deposition Solutions
Umweltfreundliches Beschichtungsverfahren für PEM-Elektrolyseur-Titanbauteile
Insbesondere vor dem Hintergrund der Energiewende und des steigenden Bedarfs an nachhaltigen und sauberen Energiequellen gilt Wasserstoff als vielversprechender Energieträger der Zukunft.
Angesichts der aktuellen technologischen Entwicklungen und der Dringlichkeit, CO2-Emissionen zu reduzieren, erscheint die Wasserelektrolyse als das derzeit machbarste und vorteilhafteste Verfahren zur Erzeugung von Wasserstoff. Sie ermöglicht nicht nur eine CO2-neutrale Produktion, wenn sie mit erneuerbaren Energien betrieben wird, sondern bietet auch die Flexibilität, in verschiedenen Maßstäben umgesetzt zu werden - von kleinen dezentralen Einheiten bis hin zu großen industriellen Anlagen.
Elektrolyseure als Schlüsselkomponenten
Elektrolyseure sind zentrale Komponenten bei der Wasserelektrolyse, einem Prozess, bei dem mit Hilfe von elektrischem Strom Wasser (H2O) in seine Bestandteile Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2) aufgespalten wird. Es gibt verschiedene Technologien von Elektrolyseuren, die sich in ihrer Funktionsweise, Effizienz und Marktreife unterscheiden. Gängige Technologien sind:
Alkalische Elektrolyse (AEL)
Diese Technologie ist technisch ausgereift und wird seit Jahrzehnten industriell eingesetzt. Sie arbeitet mit einer wässrigen Lösung von Kaliumhydroxid (KOH) als Elektrolyt und verwendet relativ kostengünstige Materialien.
Protonenaustauschmembran-Elektrol. (PEM)
PEM-Elektrolyseure sind kompakt und können schnell auf Lastschwankungen reagieren, was sie für die Integration in erneuerbare Energiesysteme attraktiv macht. Sie benötigen jedoch teurere Materialien wie Edelmetalle.
Feststoff-Elektrolyse (SOEC)
Diese Technologie ist besonders effizient, da sie die Abwärme nutzen kann, um den Energiebedarf für die Elektrolyse zu senken. Sie befindet sich jedoch noch in einem frühen Stadium der Marktentwicklung.
Derzeit scheint die PEM-Elektrolyse die am besten geeignete Technologie für eine breite Markteinführung zu sein. Sie bietet auch im großen Maßstab einen hohen Wirkungsgrad, schnelle Reaktionszeiten und die Möglichkeit, bei hohen Drücken zu arbeiten, was die Kosten für die Wasserstoffspeicherung und -verteilung senken kann. Obwohl die Materialkosten höher sind als bei der AEL, könnten die Vorteile bei der Systemintegration und der Betriebsflexibilität diese Nachteile ausgleichen, insbesondere wenn es um die Nutzung fluktuierender Energiequellen wie Wind- und Solarenergie geht.
Ein PEM (Proton Exchange Membrane)-Elektrolyseur ist ein komplexes System, das mit Hilfe einer Membran-Elektroden-Einheit (MEA) Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff aufspaltet. Der Aufbau eines PEM-Elektrolyseurs umfasst mehrere Schlüsselkomponenten:
Membran-Elektroden-Einheit (MEA)
Das Herzstück des Elektrolyseurs ist die MEA, die aus einer protonenleitenden Polymermembran besteht, die beidseitig von Katalysator-Elektroden-Arrays flankiert wird. Diese Membran ermöglicht den Protonentransport und trennt gleichzeitig die Gase, um eine Vermischung zu verhindern.
Poröse Transportlagen (PTL)
PTL sind für die Verteilung des Wassers auf der Katalysatoroberfläche und die Abführung der Gase aus der Reaktionszone verantwortlich. Sie müssen eine hohe Porosität aufweisen, um den Gasfluss zu ermöglichen, und gleichzeitig eine gute elektrische Leitfähigkeit besitzen, um als Teil des Stromkreises zu fungieren.
Bipolarplatten (BPL)
Diese Platten dienen als elektrische Leiter zwischen den Zellen und als Träger für die Gasverteilungsstrukturen. Sie müssen korrosionsbeständig sein, da sie sowohl mit dem erzeugten Wasserstoff als auch mit Sauerstoff in Kontakt kommen.
Titan als unangefochtenes Basismaterial
BPL und PTL aus Titan erweisen sich in den sauerstoffreichen Umgebungen von PEM-Elektrolyseuren als äußerst langlebig. Dieser und andere Vorteile machen Titan gegenüber Edelstahl zum bevorzugten Werkstoff auch für zukünftige PEM-Designs:
Titan gewährleistet eine lange Lebensdauer durch gute Oxidations- und Korrosionsbeständigkeit
Titan eignet sich besonders für niedrige pH-Werte
Titan trägt aufgrund seiner geringen Dichte zur Reduzierung des Gesamtgewichts bei
Titan hat eine hohe mechanische Stabilität auch bei großen Druckschwankungen
Platinbeschichtungen verbessern die Leistung erheblich
Schon eine dünne Platinschicht auf BPL und PTL aus Titan verbessert die Leistung und die Lebensdauer des Elektrolyseurs erheblich:
Platin bietet ein überlegenes elektrisches Potential für PTL
Platin wirkt als Katalysator und erhöht die Effizienz der elektrochemischen Reaktionen
Platin verringert den ohmschen Widerstand und verbessert die Gesamtleistung
Platin verbessert die Korrosions- und Oxidationsbeständigkeit
Platin schützt vor Degradation
Umicore ist stolz darauf, über das Know-how zu verfügen, Platin in einer für Mensch und Umwelt unbedenklichen Weise auf Titankomponenten für PEM-Elektrolyseure abzuscheiden. Unsere etablierten Platin-Elektrolyte, die sich bereits in zahlreichen technischen Anwendungen bewährt haben, bilden eine solide Grundlage für dieses speziell entwickelte Verfahren, das ohne korrosive oder toxische Chemikalien auskommt.
Unbedenkliche Platinbeschichtung für die Anforderungen moderner PEM-Elektrolyseure
Wir sind in der Lage, sehr dünne Platinschichten auf Titankomponenten abzuscheiden, die aufgrund ihrer Gleichmäßigkeit und ihres Matrixzustandes eine bestmögliche Elektronenleitfähigkeit und damit einen hervorragenden Wirkungsgrad erzielen. Darüber hinaus sind wir in der Lage, die optimale Schichtdickenverteilung für das jeweilige System zu gewähren und damit die Kosten für den Platineinsatz gering zu halten. So können wir unseren Kunden qualitativ hochwertige und dennoch wirtschaftlich attraktive Lösungen anbieten.
Wir sehen die Beschichtung als unsere Kernkompetenz und nehmen unseren Kunden diesen Arbeitsschritt ab.
Umicore hat weltweit Galvanikzentren eingerichtet, um die unterschiedlichsten Komponenten kundennah und nachhaltig beschichten zu können. Diese Zentren sind zumindest teilautomatisiert und jederzeit skalierbar, so dass auch große Auftragsmengen in kurzer Zeit bearbeitet werden können. Dies garantiert eine flexible und effiziente Produktion, die den Bedürfnissen unserer Kunden entspricht.
Neben der elektrochemischen Abscheidung von Platin bieten wir zwei alternative Verfahren an: Zum einen die Hochtemperatur-Elektrolyse (HTE) in einer weltweit einzigartigen Salzschmelze, die sich bereits erfolgreich zur Beschichtung von Elektroden bewährt hat. Zum anderen die physikalische Gasphasenabscheidung (PVD), die vor allem bei der Herstellung von Halbleitern zum Einsatz kommt. Beide Verfahren ermöglichen es uns, Platin hauchdünn und präzise auf Titan aufzubringen.
Unsere jahrzehntelange Erfahrung in der Anwendung dieser Verfahren macht Umicore zum kompetentesten Partner für die Platinbeschichtung von Komponenten für PEM-Elektrolyseure. Vertrauen Sie auf unser Know-how und unsere Innovationskraft, um Ihre Projekte erfolgreich umzusetzen.
Das für Sie wohl effizienteste und umweltfreundlichste Schichtsystem für Ihren PEM-Elektrolyseur
Lassen Sie uns gemeinsam ausloten, welche Möglichkeiten wir Ihnen bieten können. Als erfahrener Beschichtungsspezialist ist eine anschließende Testbeschichtung Ihrer Bauteile selbstverständlich - so finden wir gemeinsam schnell das für Sie effizienteste Schichtsystem.
Bitte beachten Sie, dass unser Engagement für Sie nicht mit der erfolgreichen Umsetzung unserer Lösung endet. Auch nach der Inbetriebnahme sind wir für Sie da und unterstützen Sie, wann immer Sie uns brauchen - weltweit.
![Umicore MDS - PLATUNA - Platinbeschichtung für PEM-Elektrolyseure - Produktfinder](data:image/svg+xml,%3Csvg xmlns="http://www.w3.org/2000/svg" viewBox="0 0 575 382"%3E%3C/svg%3E)
