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"Die größten Herausforderungen bei der Entwicklung marktreifer Zellen, Stacks und Systeme sind die Verbesserung der Langzeitstabilität, die Senkung der Entwicklungszeit und der Entwicklungskosten", erläuterte Edith Bucher vom Lehrstuhl für Physikalische Chemie der Montanuniversität Leoben. Im Laufe langer Betriebszeiten setzen verschiedene Alterungsprozesse den Elektrolysezellen zu, ihre Leistung nimmt ab und im schlimmsten Fall kommt es zum Ausfall.
Um die Ursachen des Verschleißes (Degradationsmechanismen) genauer zu untersuchen, müssten Forschende beobachten können, wie sich die dreidimensionale Struktur der Elektroden während des Betriebs verändert. Elektroden sind jene Bauteile, an denen die entscheidenden elektrochemischen Reaktionen stattfinden. "Solche Analysen sind aufgrund begrenzter Messmöglichkeiten und hoher Kosten derzeit jedoch kaum durchführbar", schilderte Bucher.
Das von der Österreichischen Forschungsförderungsgesellschaft FFG geförderte Projekt MaviS will daher typische Signaturen bestimmter Alterungsmechanismen erkennen, erklärte Roland Brunner von der Materials Center Leoben Forschung GmbH. Diese Signaturen sollen mit Daten der dreidimensionalen Untersuchungen der Morphologie der Elektroden nach ihrem Betrieb verknüpft werden. Veränderungen in ihrer porösen Struktur können entscheidend dafür sein, wie leistungsfähig und langlebig eine Zelle bleibt. Das soll helfen, die Alterung der Zelle und deren Ursache besser zu verstehen - und letztlich die Herstellung der Elektroden zu optimieren.
Langfristig soll die im bis 2029 laufenden Projekt entwickelte Methodik in einem virtuellen Sensorkonzept eingesetzt werden, erklärte Johannes Lackner von der AVL List GmbH. Dieses Online-Diagnosewerkzeug soll den Zustand von Zellen, Stacks oder Systemen mittels verschiedener Sensorsignale während des Betriebs überwachen. "Statt erst nach einem Leistungsabfall oder Ausfall aufwendig nach der Ursache zu suchen, kann zukünftig bereits frühzeitig festgestellt werden, welche Art von Degradation vorliegt und wie weit sie bereits fortgeschritten ist", so Lackner.
Aus Sicht der Forschenden hätte so ein "digitaler Gesundheitscheck" für Elektrolysezellen großes Potenzial: Wartung und Betrieb könnten gezielter geplant, Ausfälle vermieden und die Lebensdauer der Zellen oder Systeme verlängert werden. Zudem erwarten sich die Forschenden schnellere und kostengünstigere Fortschritte bei neuen Materialien und Zellkonzepten. Langlebigere und effizientere Hochtemperatur-Elektrolysezellen könnten dazu beitragen, Wasserstoff als flexiblen Energieträger stärker in Industrie und Energiesysteme zu integrieren.
LEOBEN - ÖSTERREICH: FOTO: APA/AVL/privat