Thu Feb 21 2019

02 21

Polymeercomposieten voor elektrolyse

01/02/2017

Door Ad Spijkers

Elektrolyse speelt een belangrijke rol bij de productie van diverse grondstoffen, zoals aluminium, chloor, natronloog en waterstof. Fraunhofer-IMWS werkt aan polymeercomposieten voor dit proces.


     

Voor polymeercomposieten zijn er tal van toepassingsmogelijkheden, bijvoorbeeld als beschermingsmantel voor kabels of als behuizing voor elektronische componenten. In de nieuwe onderzoeksgroep aan het Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS in Halle (Saale) heeft een bijzondere toepassing op het oog. De onderzoekers willen geleidende polymeercomposieten ontwikkelen die kunnen worden gebruikt als materialen voor elektrolyse. Deze zouden goedkoper kunnen zijn en betere prestaties kunnen leveren dan de tot nu toe gebruikte materialen.

Energietransitie

Het probleem van windturbines en zonnepanelen is, dat ze veel energie kunnen produceren maar niet bepaald gelijkmatig. Door elektrolyse van water kan de energie uit de sterk fluctuerende wind- en zonne-energie worden gebruikt om waterstof te genereren. Dit gas is een gewilde grondstof voor de chemische energie en kan voor energieopslag of als milieuvriendelijke brandstof voor toepassingen van brandstofcellen worden gebruikt. Waterstofgas kan een belangrijke rol gaan spelen bij de energietransitie.

Elektrolyse speelt ook bij de productie van aluminium, chloor of natronloog en in de galvanotechniek een belangrijke rol. Deze toepassingen hebben gemeen dat een zwaar beroep wordt gedaan op de toegepaste materialen met betrekking tot chemische en mechanische stabiliteit en elektrische en thermische geleidbaarheid. Nieuwe materialen kunnen de elektrolyse krachtiger en economischer maken. Polymeercomposieten bieden hier goede perspectieven.

PEM-elektrolyse

Zo wil de onderzoeksgroep bijvoorbeeld volledig nieuwe bipolaire platen uit geleidende polymeercomposieten maken ten behoeve van PEM-elektrolyse (PEM = Proton Exchange Membrane). Dit is een sleuteltechnologie voor de opwekking van waterstof uit duurzame energie.

Het hart van de PEM-elektrolyse is een stack (stapel) van meerdere bipolaire platen. Aan deze platen en aan de andere componenten in de stack worden extreme eisen gesteld: hoge temperaturen, hoge drukken of hoge spanningen zorgen voor zeer corrosieve omgevingen waaraan de afzonderlijke componenten worden blootgesteld.

Gewoonlijk worden de bipolaire platen daarom uit titanium, grafiet, staal of roestvast staal vervaardigd, waarbij de oppervlakken aanvullend worden voorzien van een coating uit een edelmetaal, bijvoorbeeld goud of platina. Een innovatieve kunststof materiaal, dat bestand is tegen de extreme bedrijfscondities en de nodige stabiliteit op lange termijn biedt, heeft grote voordelen in termen van materiaalkosten en het productieproces.

Biofouling

In een vervolgonderzoek willen de wetenschappers lakelektroden voor de elektrolyse van zeewater ontwikkelen. Daarmee kan de aangroei op scheepsrompen met maritieme organismen (Biofouling) worden verhinderd zonder dat giftige verfsoorten moeten worden gebruikt.

Andere doelen zijn de analyse van elektrochemische corrosieprocessen in polymeercomposieten en elektronische componenten voor de elektrolyse en het onderzoek naar de betrouwbaarheid en levensduur van systemen met alkalische membraanelektrode voor elektrolyse-apparatuur en brandstofcellen. (foto: Fraunhofer IMWS/Sven Döring)