Im Forschungsprojekt REDHy entwickeln Forschende des DLR-Instituts Technische Thermodynamik und deren Partner einen neu konzipierten Elektrolyseur. Der REDHy-Ansatz ist äußerst anpassungsfähig, langlebig, umweltfreundlich, inhärent sicher, kosteneffizient und ermöglicht die Produktion von grünem Wasserstoff bei hohen Stromdichten. Im Gegensatz zu SoA-Elektrolyseuren ist REDHy völlig frei von kritischen Rohstoffen und benötigt keine fluorierten Membranen oder Ionomere. Ziel ist es, einen Prototyp zu entwickeln, der in Laborumgebung unter den vereinbarten Bedingungen betrieben werden kann (TLR4).
Exemplarischer Aufbau der REDHy-Technologie
Explosionsansicht des REDHy-Stacks mit bipolarer Membran, Elektroden, Bipolarplatten, Reaktion der Mediatoren und der Entkopplung der Gasproduktion von der Zelle
Redox-Mediator vermittelte, kostengünstige und hocheffiziente Technologie zur Produktion von grünem Wasserstoff ohne kritische Materialien
Das REDHy-System basiert auf dem Prinzip der Redox-Flow-Batterie. Als Elektrolyt werden Redox-Mediatoren verwendet. Der innovative Ansatz ist die Wasserstoff- und Sauerstoffproduktion durch einen dreistufigen Prozess zu trennen. Die drei Stufen sind unterteilt in 1) Wasserdissoziation, 2) elektrische Speicherung und 3) grüne Wasserstoff- und Sauerstoffentwicklung über eine heterogene chemische Reaktion. Durch den Wasserdissoziationsschritt und der Redoxvermittlerreaktionen umgeht REDHy den elektrochemisch trägen Wasserspaltungsprozess, was zu einer geringeren Überspannung und kostengünstigen Materialien führt. Durch das Vermeiden von kritischen Rohstoffen, wie z. B. Titan und Platin, können die Kosten reduziert werden. Das System soll außerdem die Verwendung von Meerwasser erlauben.
Entkoppelte Wasserstoff- und Sauerstoffproduktion
Die Entkoppelung der Gasentwicklung von der Zelle durch eine Verlagerung in einen externen Behälter trägt zu einer Steigerung der Sicherheit bei. So kann z. B. die Wasserstoff- und Sauerstoffproduktion außerhalb eines Gebäudes erfolgen. Die Gasentwicklung erfolgt in dem Behälter durch die Reaktion an einem heterogenen Katalysator. Zuvor wird an der bipolaren Membran Wasser in ein Proton und ein Hydroxidion geteilt. Die Protonen reagieren auf der Wasserstoffseite am heterogenen Katalysator zu Wasserstoff. Auf der Sauerstoffseite reagieren die Hydroxidionen am heterogenen Katalysator zu Sauerstoff und Wasser.
Technische Ziele des Projekts
Entwicklung eines großflächigen kurzen Stacks mit 5 Zellen
Eine aktive Fläche von 100 cm²/Zelle
Nennleistung von 1,5 kW
Energieverbrauch von 48 kWh/kg Wasserstoff
Energieeffizienz über 82 %
Nennstromdichte von 1,5 A/cm²
Degradationsrate von 0,1 %/1000 Stunden
Projekt
REDHy
Laufzeit
1.1.2024 - 31.12.2027
Projektbeteiligte
DLR-Institut für Technische Thermodynamik
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
