Projekte

3D-PakT - 3D-Druck von porösen katalytisch aktiven Transportschichten

Eine nachhaltige Energie- und Mobilitätsinfrastruktur auf Basis von Wasserstoff als Energieträger kann nur funktionieren, wenn Wasserstoff durch eine aus erneuerbaren Energiequellen betriebene Wasserelektrolyse bereitgestellt wird. Die Protonenaustauschmembran-Wasserelektrolyse (PEM, engl. Proton Exchange Membrane) ist dabei dank ihrer Vorteile wie hoher Flexibilität, großen Stromdichten, technisch einfacher Verfahrenstechnik und hoher Wasserstoffreinheit ein idealer Kandidat. Demgegenüber stehen allerdings hohe Material- und Herstellungskosten, vor allem für die sauerstoffgenerierende Elektrode, an der harsche Reaktionsbedingungen herrschen.  

Prüfung der elektrischen Leitfähigkeit einer additiv gefertigten PTL-Gitterstruktur
© Fraunhofer ICT
Prüfung der elektrischen Leitfähigkeit einer additiv gefertigten PTL-Gitterstruktur


Im Rahmen des Projekts 3D-PakT forscht das ICT an neuen multifunktionalen poröse Transportschichten (PTL, engl. Porous Transport Layer). Die neu zu entwickelnde PTL dient im PEM-Elektrolyseur dazu, Wasser zur Elektrode und den generierten Sauerstoff aus der Zelle zu transportieren. Gleichzeitig stellt die PTL den elektrischen Kontakt zwischen der Katalysatorschicht auf der Protonenaustauschmembran und dem Stromleiter zur Energiequelle her. Bislang werden PTLs aus Titan gefertigt. In 3D-PakT steht die Erforschung von elektrisch und ionisch leitfähigen Polymercompounds für PTLs und deren Verarbeitung mittels additiver Fertigung („3D-Druck“) im Fokus.

Das Basispolymer zur Herstellung der Polymercompounds ist recht teuer. Um mit geringen Materialmengen arbeiten zu können, kommt ein 9 mm Mini-Doppelschneckenextruder mit konfigurierbarem, gleichläufigen Doppelschneckenpaar und austauschbarem, individuell konfiguriertem L/D 40:1 Barrel zum Einsatz.
© Fraunhofer ICT
Das Basispolymer zur Herstellung der Polymercompounds ist recht teuer. Um mit geringen Materialmengen arbeiten zu können, kommt ein 9 mm Mini-Doppelschneckenextruder mit konfigurierbarem, gleichläufigen Doppelschneckenpaar und austauschbarem, individuell konfiguriertem L/D 40:1 Barrel zum Einsatz.
Konzept der neuen, multifunktionalen porösen Transportschicht aus einem elektrisch und ionisch leitfähigen Kunststoffcompound für die Protonenaustauschmembran-Wasserelektrolyse.
© Fraunhofer ICT
Konzept der neuen, multifunktionalen porösen Transportschicht aus einem elektrisch und ionisch leitfähigen Kunststoffcompound für die Protonenaustauschmembran-Wasserelektrolyse.

Abgeschlossene und laufende Abschlussarbeiten

Autor Titel der Abschlussarbeit Jahr Fakultät Status
Matthias Ernst Design und Materialcharakterisierung poröser Transportschichten für die PEM-Wasserelektrolyse 2019 KIT – Karlsruher Institut für Technologie abgeschlossen
Annabelle Maletzko Herstellung und Eigenschaften neuartiger Compounds zur additiven Fertigung poröser Transportschichten für die PEM-Wasserelektrolyse 2019 KIT – Karlsruher Institut für Technologie abgeschlossen
Linda Brösgen Materialentwicklung und
-charakterisierung für additiv gefertigte poröse Transportschichten zur Anwendung in der Polymerelektrolytmembran–Wasserelektrolyse
2021 BO – Hochschule Bochum abgeschlossen
Christian Tchoffo Kaffo Die Entwicklung eines Messprotokolls
für die Bestimmung der protonischen und elektrischen Leitfähigkeit von Kohlenstoff dotierten Polymercompounds
2021 HSKL – Hochschule Kaiserslautern abgeschlossen
Niclas Klein Bestimmung der intrinsischen Leitfähigkeit von porösen Materialien über eine druckabhängige Messung der Leitfähigkeit und deren Simulation 2022 KIT – Karlsruher Institut für Technologie abgeschlossen