Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHTElektrolyseure und Brennstoffzellen sind Schlüsseltechnologien für die klimaneutrale Transformation unseres Energiesystems. Sie ermöglichen die Erzeugung von grünem Wasserstoff aus erneuerbarer Energie, die Speicherung überschüssiger Energie, die effiziente Umwandlung von Wasserstoff in Strom und die Reduzierung der Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen. Allerdings: Noch sind die Kosten für die Produktion von Elektrolyseuren und Brennstoffzellen sehr hoch – was sowohl an teuren Materialien als auch an dem aufwendigen Aufbau der Stacks liegt.
Industrialisierung der Herstellung von Elektrolyseuren und Brennstoffzellen
© Fraunhofer UMSICHT/Mike Henning
Industrialisierung von Elektrolyseuren und Brennstoffzellen
Lösungen und Leistungen von Fraunhofer UMSICHT: Entwicklung neuer Systeme und Materialien für Elektrolyseure und Brennstoffzellen
Hier setzt Fraunhofer UMSICHT an: Wir arbeiten an neuen Materialien und Systemen für Elektrolyseure und Brennstoffzellen, um eine Industrialisierung der Fertigung zu ermöglichen. Dabei haben wir von Katalysatoren über Membrane bis zu Elektroden alle Stack-Bestandteile im Blick. Konkret umfassen unsere Leistungen:
- Elektro-Katalysatorentwicklung für Wasserstoff- und Co-Elektrolyse sowie Scale-up
- Bipolarplatten/-folien und -elektrodenentwicklung
- Dichtungsfreie Stackkonzepte
- Hochdruckelektrokatalyse
- Entwicklung, Fertigung und Test von (Elektro-)Katalysatoren, Zellen und Stacks
- Entwicklung neuartiger elektro-organischer und bioelektrochemischer Reaktionen
- Analytik und Charakterisierung von Katalysatoren, Elektroden, Bipolarplatten/-folien, Zellen und Membranen
- Prozessentwicklung sowie Bau und Betrieb von Pilotanlagen (Batch und Durchflussbetrieb)
- Technologiebewertung, Systemanalyse und Nachhaltigkeitsbewertung
Alleinstellungsmerkmal: Grüner Wasserstoff aus einer Hand
Das Besondere: Wir liefern grünen Wasserstoff aus einer Hand und bieten Stack-Entwicklung vom Material bis zum Komplettsystem im Demonstrationsmaßstabt. Dazu gehören die Herstellung neuer, sowohl edelmetallhaltiger als auch edelmetallfreier Katalysatoren ebenso wie der Retrofit bestehender Katalysatorsysteme. Darüber hinaus entwickeln wir – maßgeschneidert auf den jeweiligen Anwendungszweck – Bipolarplatten und Elektroden. Dabei setzen wir auf leitfähige thermoplast-basierte Folien, die kosteneffizient im kontinuierlichen Rolle-zu-Rolle-Verfahren hergestellt werden und ermöglichen, Stacks zu verschweißen und dichtungsfrei zu bauen.
Ausgewählte Publikationen
- Accelerating CO2 electrochemical conversion towards industrial implementation
- Assessing the influence of supercritical carbon dioxide on the electrochemical reduction to formic acid using carbon-supported copper catalysts
- Bio-inspired design: Bulk iron-nickel sulfide allows for efficient solvent-dependent CO2 reduction
- Crossing the valley of death. From fundamental to applied research in electrolysis
- Determining materials for energy conversion across scales
- Developing electrochemical hydrogenation towards industrial application
- Electrochemical CO2 reduction: Tailoring catalyst layers in gas diffusion electrodes
- Hidden parameters for electrochemical carbon dioxide reduction in zero-gap electrolyzers
- Influence of the Fe: Ni ratio and reaction temperature on the efficiency of (FexNi1-x)9S8 electrocatalysts applied in the hydrogen evolution reaction
- Opening the pathway towards a scalable electrochemical semi-hydrogenation of alkynols via earth-abundant metal chalcogenides
- Pentlandite rocks as highly efficient, sustainable and stable electrocatalysts for H2 generation
- Pentlandite rocks as sustainable and stable efficient electrocatalysts for hydrogen generation
- Pushing the Ag-loading of CO2 electrolyzers to the minimum via molecularly tuned environments
- Tailored electrodes for efficient electrochemical-biomethanogenic CO 2 reduction using wastewater-derived catholytes
- Trimetallic pentlandites (Fe,Co,Ni)9S8 for the electrocatalytical HER in acidic media
- Wasserstofferzeugung durch Elektrolyse und weitere Verfahren
Ihr Weg zur Zusammenarbeit mit uns
Direktauftrag
Sie sehen einen Forschungs- oder Entwicklungsbedarf oder sind auf eine vielversprechende Fraunhofer-Technologie aufmerksam geworden: Ihr Unternehmen will beispielsweise eine Material- oder Produktinnovation auf den Markt bringen, ein internes Produktionsverfahren bewerten und verbessern lassen oder auf eine erwartbare Marktnachfrage möglichst zeitnah reagieren. Dann bietet sich an, unser Institut direkt mit der Entwicklung von Lösungswegen für Ihre Herausforderung zu beauftragen. Im Gespräch klären wir gemeinsam die Rahmenbedingungen, wie wir Ihr Unternehmen mit unserem Know-how und unserer Infrastruktur erfolgreich weiterbringen können. Dabei ist Ihre Unternehmensgröße unerheblich: Unsere Teams unterstützen Kleinunternehmen genauso professionell mit Forschungs- und Entwicklungsleistung wie Auftraggeber aus Mittelstand oder DAX.
Verbundprojekt
Mehrere Partner entlang einer Wertschöpfungskette arbeiten gemeinsam an einer Lösung – meist im Rahmen einer öffentlichen Förderung. Wir können dazu auf ein großes Netzwerk aus Industrie, Forschung, Gesellschaft und dem Umfeld der Fraunhofer-Institute aufbauen. Wir sind routiniert sowohl in der Auswahl von Förderprogrammen als auch in der Projektbeantragung, bringen innovative Impulse in die Bearbeitung ein und gestalten anschließend den Transfer in den Markt gemeinsam mit Ihnen und weiteren Partnern.
Frequently Asked Questions (FAQs)
Wie bei jeder neuen Kooperation sind zu Beginn Dinge unklar: Wie verläuft eigentlich eine Zusammenarbeit mit Fraunhofer und kann mir Fraunhofer überhaupt helfen? Stellt Fraunhofer seine Forschungs- und Entwicklungsarbeit für mein Unternehmen in Rechnung und wem gehören eigentlich die Ergebnisse der Kooperation? Einige generelle Antworten auf Frequently Asked Questions hat die Fraunhofer-Gesellschaft bereits zusammengestellt. Unsere Projekte sind jedoch so individuell wie Ihre technologischen Herausforderungen. Deshalb gilt: Bei Fragen melden Sie sich am besten bei uns!
Weitere Informationen
Katalysatoren für den industriellen Einsatz
Elektrisch leitfähige Polymere
Material- und Komponentenentwicklung für Elektrolyseprozesse
»Wir wollen die Dekarbonisierung im Verkehrssektor vorantreiben und Innovationen in der Methanolherstellung fördern«: Dr.-Ing. Norman Kienzle über das Projekt »Leuna 100«
Start für weltweit erste Pilotanlage zur kosteneffizienten Produktion von grünem Methanol
zur Pressemitteilung vom 20.11.2023
»Wir wollen Technik von übermorgen adressieren«: Prof. Dr.-Ing. Anna Grevé über die Produktion von Brennstoffzellen
zum Interview vom 19. Juni 2023
Startschuss für das Wasserstoffzeitalter in der Lastenmobilität
zur Pressemitteilung vom 13.09.2022
Marktfähige Power-to-X-Technologien entwickeln
zur Pressemitteilung vom 02.06.2022
»Unsere Forschung an einer neuen Elektrolysezelle ist ein iteratives Spiel zwischen Material- und Designoptimierung«: Anna Grevé und Ulf-Peter Apfel über das Leitprojekt H2Giga
»Die Grundlagenforschung berücksichtigt in der Regel nicht, wie die Elektrolyse in der Industrie funktionieren muss«: Ulf-Peter Apfel über die Elektrolyse in Industrie und Forschung
»Ich betreibe Forschung für etwas, das am Ende gut für Bevölkerung und Natur ist«: David Tetzlaff über die Suche nach einem edelmetallfreien Katalysator
Von der Grundlagenforschung zur industriellen Anwendung: Warum markttaugliche Konzepte von Katalysatoren, Elektroden und Zellen noch Mangelware sind