Für die Energiewende ist eine effiziente Produktion von Wasserstoff unumgänglich. Hier setzt das vom BMBF im Programm DATIpilot Innovationssprints mit dem Titel Definierte Porosität für Wasserstofferzeugung mit maximierter Effizienz an. Das Projekt läuft von 2024 bis 2026.
Im Mittelpunkt steht die Herstellung poröser Titanelektroden, die durch ihre definierte Porosität und mechanische Festigkeit überzeugen. Die Kooperation zwischen dem Fraunhofer IWM und FastCast Ceramics GmbH kombiniert innovative Forschung mit praxisnaher Entwicklung, um technologische Hürden zu überwinden. Ein bedeutender Aspekt des Projekts ist der erfolgreiche Transfer der Forschungsergebnisse in die industrielle Anwendung.
Projektziel sind Kapillarsuspensionen (CapS) für die Herstellung poröser Titanelektroden. Diese Elektroden sind entscheidend für die Verbesserung der Effizienz der Wasser-Elektrolyse, einem der wichtigsten Prozesse zur Wasserstoffherstellung.
Diese neuartige Technologie der Kapillarsuspensionen ermöglicht die präzise Kontrolle der Porosität und mechanischen Festigkeit der Elektroden, was entscheidend zur Erhöhung der elektrochemischen Leistung beiträgt. Durch die Schaffung eines selbstorganisierten Partikelnetzwerks wird zudem eine hohe elektrische Leitfähigkeit sichergestellt.
Durch die Herstellung von Öl- und Wasser-basierten Kapillarsuspensionen, die hervorragende elektrische Leitfähigkeit und Porenstruktur bieten, eröffnen sich neue Möglichkeiten für die Wasserstoffwirtschaft und weitere industrielle Anwendungen. Diese Projektergebnisse tragen zur nachhaltigen Energiewende bei und bieten nicht nur wissenschaftliche, sondern auch wirtschaftliche Erfolgsaussichten. Die Zusammenarbeit mit Industriepartnern sichert die Skalierbarkeit und wirtschaftliche Umsetzung der entwickelten Technologien, was den Weg für eine breite Anwendung ebnet.
Projektergebnisse
Im Projekt werden mit Öl- und Wasser-basieren CAPs zwei technologische Routen zur Herstellung von Kapillarsuspensionen entwickelt.
Mit Öl-basierten Caps lässt sich die Porosität und Porengröße gezielt kontrollieren. Gleichzeitig wird eine hohe elektrische Leitfähigkeit erzielt. Mit Wasser-basierten CapS, werden der Trocknungs- als auch der Entbinderprozess deutlich vereinfacht. Die Stabilisierung der Suspensionen stellt hier die größte Herausforderung dar. Die Einstellung der rheologischen Eigenschaften ist wichtig, um die CapS an die jeweiligen Prozessierungsparameter anzupassen.
Über die Flüssigformgebung werden verschiedene PTL-Materialien hergestellt und bezüglich der Porosität und Porengröße untersucht. Für die industrielle Skalierung wird ein prototypischer Dickschicht-PTLs erzeugt und in einem Testaufbau charakterisiert.
Nach der Einstellung der Materialeigenschaften und des Funktionsnachweises werden PTLs mit gezielter Metastrukturierung additiv gefertigt. Mit der additiven Fertigung können komplexe Geometrien und Strukturierungen realisiert und damit die Funktionalität gezielt eingestellt werden.
Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM