Das Leitprojekt H2 Giga  besteht aus ca. 30 voneinander unabhängigen Verbundprojekten mit Beteiligung großer Industriepartner, Start-ups und Forschungseinrichtungen. In den drei Verbundvorhaben, an denen das ZBT beteiligt ist, geht es um künstliche Intelligenz, Qualitätssicherung und neuartige Katalysatoren.

Degrad-EL³, das ist der Titel des Verbundprojektes, in dem ZBT die Entwicklung künstlicher neuronaler Netze (KNN) zur Vorhersage des Leistungsverhaltens von PEM-Elektrolyse-Stapeln vorantreibt. PEM steht für Proton Exchange Membrane, eine Protonen-leitende Polymer-Membran, die in der entsprechenden Wasser-Elektrolyse-Zelle die beiden Elektrodenräume voneinander trennt und durch die Wasserstoff, in Form positiv geladener Ionen, von der Anode zur Kathode transportiert wird. Dort bildet sich gemeinsam mit zugeführten Elektronen molekularer Wasserstoff während an der Anode der Sauerstoff zurückbleibt. Diese Technologie ist lange bekannt, entsprechende Produkte sind auf dem Markt. Aber für den wirtschaftlichen Einsatz im multi-MW bis in den GW-Bereich müssen viele Komponenten in den Elektrolyse-Stapeln effizienter und günstiger werden. Hierfür ist die Entwicklung neuer Materialien und Komponenten mit umfangreichen Tests und Erprobungen notwendig. KNN sollen helfen, die Anzahl und Dauer der Versuche zu reduzieren und dennoch valide Aussagen zur Langzeitstabilität der Neuentwicklungen machen zu können. Die künstliche Intelligenz benötigt jedoch zu Beginn selbst viele Informationen über das Leistungsverhalten von Stapeln abhängig von den Betriebsbedingungen und der Betriebshistorie, die KNN müssen trainiert oder angelernt werden. Daher baut ZBT seine Kapazitäten für Tests von PEM-Elektrolyse-Zellen und Stapel aus und erweitert parallel die bereits vorhandenen KNN.

Im Vorhaben PEP.IN geht es ebenfalls um die PEM-Elektrolyse - Hier liegt der Schwerpunkt auf der Qualitätssicherung in der Serienproduktion: Welche Fehler dürfen Bauteile haben und können dennoch als Gutteile eingebaut werden und wo liegen die Grenzen, die den Ausschuss definieren? Die Antworten auf diese Fragen sind extrem wichtig zur Realisierung einer kosten- und ressourceneffizienten Serienfertigung. Gemeinsam mit Partnern aus Industrie und Wissenschaft will das ZBT hierzu wesentliche neue Erkenntnisse gewinnen.

Das Verbundvorhaben AlFaKat (Alkalischer Fall Katalysator) fokussiert auf den Einsatz neuartiger Katalysatoren in der Alkalischen Membran-Wasser-Elektrolyse. Gemeinsam mit der RWTH Aachen University und KCS Europe soll ein neues Verfahren zur Katalysatorherstellung entwickelt werden. Besonders innovativ ist hierbei der Ansatz, die Trägermaterialien durch das Plasma der Beschichtung fallen zu lassen - dies erklärt den Titel des Projektes - und so schichtweise die Aktivkomponenten der Core-Shell-Partikel auf den Träger aufzubringen. Vorteil der alkalischen Membran-Wasserelektrolyse: es können edelmetallfreie Katalysatoren eingesetzt werden, was Kosten reduziert und die Ressourcen wertvoller Edelmetalle schont. Zudem besteht im Vergleich zur PEM-Elektrolyse ein geringeres Korrosionspotential durch die basische Reaktionsumgebung. Das ZBT leitet diesen Verbund und ist für Betrieb und Charakterisierung der Katalysatoren in Elektrolyse-Einzelzellen verantwortlich. Insbesondere kann das ZBT hier seine bisherigen Erfahrungen in der Herstellung der Membran-Elektroden-Einheiten als Herzstück der Elektrolyse-Zellen mit einbringen und auf neuartige und bisher wenig verbreitete alkalische Polymermembranen übertragen und hier das Know-How verfeinern.

• Projekte der Abteilung Elektrolyse und Batterien (PEP.IN und Degrad.EL3) und Neue Materialien und Technologien (AlFaKat)
• Elektrolyseforschung am ZBT