Das ZSW will in dem Projekt „Ely-ZnCoat“ mit Feuerverzinken einen innovativen und kostengünstigen Herstellprozess für hochaktive Elektroden in der Alkalischen Wasserelektrolyse entwickeln. Im nächsten Schritt soll anhand eines Prototyps gemeinsam mit der Industrie die Kommerzialisierung dieses Verfahrens vorbereitet werden.
Das Feuerverzinken metallischer Bauteile ist ein großtechnisch seit Jahrzehnten angewendetes Verfahren, das überwiegend im Korrosionsschutz Anwendung findet und als nachhaltig gilt. Taucht man metallische Bauteile in eine Zinkschmelze, erhalten diese einen schützenden Zinküberzug. Die Vorteile des Verfahrens: hohe Durchsätze, geringe Stückkosten, Eignung für vielseitige und große Bauteilgeometrien, geringer thermischer Verzug.
ZSW
FG Regenerative Energieträger
und Verfahren
Tobias Ludwig
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Diese Vorteile sollen nun auf die Elektrolyse übertragen werden, indem nickelhaltige Elektrodensubstrate feuerverzinkt werden. Hierdurch entsteht an der Oberfläche eine Nickel-Zink-Phase, die durch eine chemische Nachbehandlung in eine hochporöse und damit hochaktive Nickel-Schicht überführt wird. Nickel besitzt hervorragende Eigenschaften für die alkalische Elektrolyse, da es sowohl beständig in alkalischer Umgebung ist als auch besonders niedrige Überspannungen bei der Wasserstoffentstehungsreaktion aufweist. Die Schichteigenschaften werden wesentlich durch die Temperatur und Verweildauer des Elektrodensubstrats in der Zinkschmelze bestimmt. Zusätzlich können die Eigenschaften der Beschichtung durch thermische Anschlussbehandlungen sowie durch das Einbringen weiterer Elemente in die metallische Gitterstruktur für die Elektrolyse-Anwendung optimiert werden. Hierbei gilt es, das Aufwand-zu-Nutzen-Verhältnis zu quantifizieren und zu bewerten. Vorversuche zeigten die prinzipielle Eignung des Verfahrens zur Erzeugung aktiver Kathodenbeschichtungen. Somit hat das Feuerverzinken das große Potenzial einer preiswerten und qualitativ hochwertigen Elektrodenbeschichtung für die Alkalische Wasserelektrolyse und verbessert somit die Wirtschaftlichkeit der Wasserstofferzeugung – eine wichtige Voraussetzung für eine erfolgreiche und nachhaltige Energiewende.
Das knapp 2-jährige Projekt wird im Rahmen des EFRE-Programms Baden-Württemberg 2021-2027 (Prototypenförderung für innovative Technologien) gefördert und startete im Dezember 2022.