NSERC-DFG Sustain: Auf dem Weg zu einem computergestützten Design von kohlenwasserstoffbasierten katalysatorbeschichteten Membranen für die Polymer-Elektrolyt-Membran- Wasser-Elektrolyse (ComDeWE)

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Dr. Daniel Garcia-Sanchez; Dr.-Ing. Corinna Harms; Dr. Thomas Jahnke; Dr.-Ing. Carolin Klose
• Fachliche Zuordnung: Technische Chemie ; Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 534251491

Das Ziel des Projekts ComDeWE ist es, eine optimale reine kohlenwasserstoffbasierte Protonenaustauschmembran-Wasserelektrolyse (PEMWE) Zellen mit einem neuartigen geträgerten Elektrokatalysator zu entwerfen, indem die numerischen Multiskalen-Modellierungswerkzeuge an der University of Alberta (U Alberta) sowie in-situ und ex-situ Herstellungs- und Charakterisierungswerkzeuge an der Universität Freiburg (U Freiburg), dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), der Simon Fraser University (SFU) und der U Alberta genutzt werden. Das Projekt konzentriert sich auf die Nutzung von fünf Technologien, die von den Antragstellern entwickelt wurden, um einen Proof-of-Concept für eine vollständig kohlenwasserstoff-basierte PEMWE zu erstellen. Diese sind: a) Kohlenwasserstoff-basiertes Membran-Know-how von Dr. Holdcroft an der SFU und Techniken zur Herstellung von Katalysatorschichten, die an der SFU, U Freiburg und UAlberta entwickelt wurden; b) neuartige geträgerte Elektrokatalysatoren des DLR; c) gradierte Elektroden, die durch Tintenstrahldruck und Ultraschall-Sprühelektroden an der U Alberta, U Freiburg und SFU hergestellt werden; d) segmentierte PEMWE-Hardware, die im DLR entwickelt wurde, um lokale Stromdichte- und Temperaturverteilungen zu untersuchen; e) die Validierung und Nutzung von numerischen Simulationswerkzeugen im Mikro- und Makrobereich, die an der UAlberta und dem DLR entwickelt wurden, um die optimale Membran- und Elektrodendicke sowie die optimale Elektrodenzusammensetzung zu ermitteln. Bisher wurden alle Forschungen im Zusammenhang mit der Integration von kohlenwasserstoffbasierten Materialien in CCMs für PEMWE durch langwierige experimentelle Versuchsreihen vorangetrieben. Es wird die Hypothese aufgestellt, dass aufgrund der sehr unterschiedlichen Eigenschaften dieser Membranen (z.B. höhere Protonenleitfähigkeit, reduzierter Gasübertritt und erhöhte Quellung) ein ganzheitlicherer Ansatz für ihre Analyse und ihr Design erforderlich ist. Die Nutzung neuartiger Trägerkatalysatoren erfordert auch einen ganzheitlicheren Ansatz für das Elektrodendesign. Dieser Antrag stützt sich auf die lange Geschichte der Forschungsaktivitäten und Investitionen in modernste Laborgeräte an diesen Einrichtungen sowie auf frühere Kooperationen zwischen SFU, U Freiburg, U Alberta und DLR. Die internationale Zusammenarbeit adressiert die Herausforderungen, geeignete Materialien für PEM-Elektrolyseure zu entwickeln.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Kanada
• Partnerorganisation: Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada
• Kooperationspartner: Professor Dr. Steven Holdcroft; Professor Dr. Marc Secanell Gallart