Bahnbrechende Entwicklung in der Wasserstoffforschung: Neue ionenlösende Membran ermöglicht Rekordleistung bei niedriger Alkalinität
Ein internationales Forschungsteam unter Beteiligung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) hat in der renommierten Fachzeitschrift Nature Energy (2025) eine bahnbrechende Studie zur Weiterentwicklung der Wasserelektrolyse veröffentlicht. Das Paper trägt den Titel „Sulfonated polybenzimidazole for low-alkalinity ion solvating membrane water electrolysis“.
In der Arbeit wurde eine neue Form der Wasserelektrolyse auf Basis ionenlösender Membranen entwickelt, die eine Rekordleistung mit extrem hoher Stromdichte bei gleichzeitig niedriger KOH-Konzentration erzielt. Diese Innovation stellt einen bedeutenden Fortschritt gegenüber bisherigen Systemen dar und eröffnet großes Potenzial zur Kostensenkung von Elektrolyseuren.
Herkömmliche alkalische Wasserelektrolyseure haben sich auf Diaphragmen verlassen, die für einen effektiven Ionentransport und einen stabilen Betrieb hohe Elektrolytkonzentrationen (15-30 Gew.-% KOH) benötigen. Die neu entwickelte Membran auf Ionenlösungsbasis kann jedoch bei einer viel geringeren KOH-Konzentration effizient arbeiten und gleichzeitig eine hohe Stromdichte liefern. Darüber hinaus macht dieser neue Membrantyp Vernetzer überflüssig, was die Herstellung der Membran vereinfacht und eine hohe Ionenleitfähigkeit (135 mS cm-¹ bei Raumtemperatur in 1 M KOH) sowie eine ausgezeichnete chemische Stabilität gewährleistet: Nach sechs Monaten bei 80 °C wurde kein Abbau beobachtet.
In einem Test-Elektrolyseur erreichte die Membran eine Stromdichte von 4,8 A cm⁻² bei 2 V (3 M KOH, 80 °C) bei einem Wasserstoff-Übergang von unter 2 %. Damit überwindet diese neue Generation der Wasserelektrolyse bei niedriger Alkalinität die Leistungsbeschränkungen herkömmlicher alkalischer Elektrolyseure und zeigt zugleich deutliche Kostenvorteile gegenüber bisherigen Systemen mit Anionenaustauschmembran.
Durch die Kombination von Langlebigkeit, Effizienz und Wirtschaftlichkeit bringt diese Entwicklung die Technologie einen wichtigen Schritt näher an einen künftigen Einsatz im Kilowatt-Leistungsbereich – und ebnet damit den Weg für eine breiter zugängliche Produktion von grünem Wasserstoff.
Die Arbeit entstand in enger internationaler Zusammenarbeit mehrerer renommierter Forschungseinrichtungen, insbesondere des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) mit einem Team des Instituts für Technische Thermodynamik unter der Leitung von Dr. Fatemeh Razmjooei (Gruppenleiterin) sowie den beteiligten Kolleginnen und Kollegen Kamal Ghotia, Franz Egert und Dr. Asif Ansar (Leiter der Abteilung TT-ESI). Weitere Partnerinstitutionen sind das Korea Institute of Science and Technology (KIST), die Technische Universität Dänemark (DTU) und die Jagiellonen-Universität in Polen.
Die Veröffentlichung in Nature Energy unterstreicht die hohe wissenschaftliche Relevanz dieser Ergebnisse und ihren Beitrag zur Zukunft einer nachhaltigen Energieversorgung.
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Dr. Syed Asif Ansar