Innovative Membran-Elektroden-Einheiten für effiziente und robuste Elektrolysesysteme

Die Membran-Elektroden-Einheit (MEA) ist das elektrochemische Herz von Elektrolyseuren – hier entscheidet sich, wie effizient die zentralen Umwandlungsreaktionen ablaufen. Für Unternehmen vom Start-up bis zur Industrie ergeben sich dabei zahlreiche Herausforderungen: Nur mit präzisem Verständnis der MEA-Leistungsparameter, Degradationsmechanismen und Optimierungspotenziale lassen sich robuste Systeme entwickeln, die skalierbar und wirtschaftlich sind. Gefordert sind innovative Materialkombinationen und industrielle Fertigungsstrategien, die die Effizienz und Langlebigkeit der MEA steigern und die Grundlage für zuverlässige und wirtschaftliche Elektrolysesysteme bilden.

Typische Herausforderungen sind:

• Testung und Validierung innovativer Materialien unter realitätsnahen Bedingungen
• Bedarf an qualitätsgesicherten Testverfahren und analytischer Unterstützung
• Übergang von manueller MEA-Herstellung zu skalierbarer, reproduzierbarer Fertigung
• Limitierter Zugang zu Technikums-Infrastruktur
• Schnelle Prototypenentwicklung und -testung
• Know-how im Scale-up und unabhängige Validierung

Fraunhofer UMSICHT bietet Ihnen umfassende Forschungs- und Entwicklungsdienstleistungen rund um Fertigung und Testung von Membran-Elektroden-Einheiten für Elektrolyseverfahren. Wir unterstützen Sie sowohl bei Materialscreening, Scale-up oder Verfahrensoptimierung als auch bei der unabhängigen Validierung. Konkret umfassen unsere Leistungen:

MEA-Fertigung für Elektrolyseverfahren

• Manuelle und halbautomatisierte Produktionsprozesse für höchste Flexibilität
• Entwicklung und Optimierung von Pasten und Tinten inkl. Homogenisierung und Materialcharakterisierung
• Verarbeitung eigener, kommerzieller oder kundenseitig bereitgestellter Materialien
• Skalierbare Fertigung vom Sheet-to-Sheet-Verfahren mit Übertragbarkeit auf Rolle-zu-Rolle-Prozesse

Validierung von MEAs und Komponenten

• Test und Charakterisierung von Katalysatoren, Membranen, Elektroden und porösen Transportschichten unter realitätsnahen Betriebsbedingungen
• Leistungscharakterisierung durch Validierungs- und Versuchsreihen
• Flexible Anpassung für verschiedene Zellgeometrien und Elektrolysekonzepte (PEM, AEM, BPM)
• Tests bei variabler Temperatur und Betriebsdruck
• Degradationstests mit Analyse von Alterungsmechanismen, Stabilität und Einflussfaktoren (CO₂-Reinheit, Störstoffe, dynamische Lastwechsel)

Analytik & Beratung

• Qualitätskontrollen entlang der gesamten Wertschöpfungskette – vom Katalysatormaterial bis zur fertigen MEA, vor und nach dem Betrieb
• Einsatz moderner Analyseverfahren wie pXRD, SEM/EDX, µCT, XRF, Digitalmikroskopie
• Prozess- und Designberatung zur Steigerung von Effizienz, Leistung und Stabilität
• Wissenschaftlich-technische Begleitung von Machbarkeitsstudien über Pre-Engineering bis zur Skalierung

Mit Fraunhofer UMSICHT erhalten Sie einen erfahrenen Partner, der Sie von der ersten Idee bis zur erfolgreichen Umsetzung begleitet. Folgende Formen der Zusammenarbeit sind möglich:

• Forschungs- und Entwicklungsprojekte im Direktauftrag mit klar definierten Zielen
• Individuelle Projektplanung: Gemeinsame Analyse Ihrer Fragestellung und Entwicklung eines maßgeschneiderten Lösungsplans
• Analytik- und Testunterstützung: Wissenschaftliche Recherche kombiniert mit praxisnahen Prüfmethoden und moderner Prüftechnik
• Auftragsfertigung von Elektroden und Membran-Elektroden-Einheiten
• Komponentenevaluation: Performance- und Stabilitätstests sowie Untersuchung des Einflusses von Störstoffen und variierender Gas- oder Elektrolytqualität
• Technologieentwicklung: Optimierung von Elektroden, MEAs und Prozessparametern zur Steigerung von Effizienz und Produktselektivität
• Workshops und Schulungen: Praxisorientierte Trainings zur MEA-Fertigung und -Evaluierung
• Machbarkeits- und Wirtschaftlichkeitsstudien: Technische und wirtschaftliche Bewertung neuer Materialien, Designs und Prozessrouten inklusive Skalierbarkeitsanalyse

Beispielhafter Projektablauf

1. Projektstart und Zieldefinition: Analyse Ihrer Herausforderung und Festlegung der Projektziele
2. Konzeptphase: Entwicklung eines individuellen Projekt- und Testplans
3. Durchführung: Materialentwicklung, Fertigung und Testung, ggf. Machbarkeitsstudien
4. Auswertung und Optimierung: Analyse der Ergebnisse und Anpassung der Parameter
5. Abschluss und Transfer: Ergebnisdokumentation und Empfehlung für Skalierung oder industrielle Umsetzung

Material- und Komponentenentwicklung für Elektroyseprozesse

zum Produktblatt

The best of both worlds: stacked catalytic layers for the electrocatalytic generation of CO in zero-gap electrolysers | RSC Sustainability

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Going from Pt to PGM-free Catalysts: Effects of Ink Compositions on PEM Water Electrolysis | ChemPhysChem

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Press it, Heat it, Twist it: A Series of Hidden Parameters for the Electrochemical CO₂ Reduction in Zero-Gap Electrolyzers | Cell Press

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Pushing the Ag-loading of CO₂ electrolyzers to the minimum via molecularly tuned environments | ScienceDirect

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Closing the carbon cycle: challenges and opportunities of CO₂ electrolyser designs in light of cross-industrial CO₂ source-sink matching in the European landscape | RSC Publishing

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