ELCHPEM2.0: Elektrochemische Verdichtung von Wasserstoff

Wesentliche Zielsetzung des Projekts ELCHPEM2.0: die Weiterentwicklung und Testung eines neuartigen Reaktors für die elektrochemische Verdichtung von Wasserstoff. Die Verdichtung erfolgt in einem vom Projektpartner ProPuls GmbH entwickelten Reaktordesign mit hydraulischer Verpressung. Sie ermöglicht eine homogene Anpressung in den Zellen, eine effiziente Temperierung sowie eine Verringerung der mechanischen Belastung der sensiblen Zellbestandteile. Das Reaktordesign soll im Rahmen des Projekts für höhere Druckstufen weiterentwickelt und zudem effizienter gestaltet werden. Das angestrebte vollmodulare Funktionsmuster zur Verdichtung von Wasserstoff soll hierbei über mehrere Verdichtungsstufen Auslassdrücke von bis zu 300 bar realisieren.

Die Polplatten verursachen in elektrochemischen Reaktoren einen Großteil des Gesamtgewichts und machen zudem einen signifikanten Anteil der Stackkosten aus. Eine wesentliche Zielsetzung des Projekts ist deshalb die Entwicklung einer kostengünstigen und leistungsfähigen Polplatte auf Basis eines Polymer-Graphit-Komposits. Polymer-Graphit-Komposite aus dem von Fraunhofer UMSICHT patentierten Pulver-zu-Rolle Verfahren bieten aufgrund des kontinuierlichen Herstellungsprozesses und der flexiblen Gestalt Vorteile bzgl. Kosten, Gewicht und Volumen. Insbesondere für die Anwendung im elektrochemischen Verdichter ist jedoch auch eine hohe mechanische Stabilität bei gleichzeitig hoher elektrischer Leitfähigkeit gefordert. Auf das Anforderungsprofil für den Einsatz der Polplatten in einem elektrochemischen Verdichter abgestimmt erfolgt im Projekt ELCHPEM2.0 eine Anpassung des Komposits aus dem Pulver-zu-Rolle Verfahren und die Integration dieser Komposite in das neue Reaktordesign.

Wasserstoff muss aufgrund der geringen volumetrischen Energiedichte für viele Anwendungsfälle auf einen hohen Druck verdichtet werden. Üblicherweise kommen hierbei mechanische Verdichter (z. B. Membrankolbenverdichter) zum Einsatz. Verdichter sind aufgrund der bewegten Teile i. d. R. wartungsaufwändig: Häufig werden Schmierstoffe eingesetzt, welche die benötigte Reinheit des Wasserstoffs vermindern. Zudem ist der Einsatz in Wohngebieten aufgrund der Geräuschentwicklung unattraktiv.

Dank ihres Aufbaus und ihrer Funktionsweise ist zu erwarten, dass elektrochemische Verdichter im Vergleich zu konventionellen mechanischen Verdichtern effizienter und langlebiger sind. Die Funktionstüchtigkeit elektrochemischer Verdichter wurde bereits nachgewiesen, bislang ist allerdings noch kein marktfähiges Serienprodukt verfügbar.

• Integration der kostengünstigen Komposit-Polplatten in das Reaktordesign mit hydraulischer Verpressung
• Erstellung eines Protoypenreaktors zur elektrochemischen Verdichtung von Wasserstoff mit einer Druckstufe von 100 bar
• Realisierung der elektrochemischen Verdichtung von Wasserstoff über drei Druckstufen zu 300 bar

• Obitronik GmbH
• ProPuls GmbH
• Westfälische Hochschule Gelsenkirchen