Einblick in die Alterungsprozesse in der PEM-Wasserelektrolyse

17. Oktober 2025 - Forschende enthüllen Alterungsmechanismen in der PEM-Wasserelektrolyse mithilfe eines korrelativen elektrochemischen und nanoanalytischen Ansatzes. Die Ergebnisse wurden kürzlich im Journal Energy & Environmental Science veröffentlicht.

Forschende am Helmholtz-Institut Erlangen-Nürnberg für Erneuerbare Energien (HI ERN) haben einen wichtigen Schritt zu einem besseren Verständnis von Alterungsmechanismen in der Protonenaustauschmembran-Wasserelektrolyse (PEMWE) gemacht. Mithilfe eines korrelativen Ansatzes untersuchten sie quantitativ, wie PEMWE-Zellen mit metallischen, iridiumbasierten Anodenkatalysatorschichten unter verschiedenen Betriebsstrategien altern. Durch die Kombination von elektrochemischen Analysen mit fortschrittlichen Elektronenmikroskopie-Methoden konnten die Forschenden zentrale Alterungsphänomene unter vier unterschiedlichen beschleunigten Alterungstests identifizieren.

Elektronenmikroskopische Aufnahmen der anodenseitigen Katalysatorschicht und der Membran. Sichtbar sind Iridium- und Platinpartikel, die sich in der Membran eingelagert haben.

Die PEMWE zeichnet sich in Vergleich zu anderen Technologien zur Erzeugung von grünem Wasserstoff dadurch aus, dass sie schnelle Lastwechsel bewältigen kann, eine hohe Leistungsdichte aufweist und kompakt in der Bauweise ist. Dennoch wird die breite Einführung der PEMWE bislang durch Herausforderungen hinsichtlich ihrer Langzeitstabilität begrenzt. Dies beeinträchtigt auch ihre Wirtschaftlichkeit im Vergleich zu konventionellen Wasserstofferzeugungsverfahren.

Die gewonnenen Erkenntnisse der Forschenden ebnen den Weg für die Entwicklung betriebsabhängiger Belastungstests und beschleunigen die Materialentwicklung. Über die PEMWE hinaus bietet das Studiendesign zudem eine Blaupause für Alterungsuntersuchungen anderer Elektrolysetechnologien. Die Ergebnisse wurden kürzlich im Journal Energy & Environmental Science veröffentlicht.

Original-Publikation

S. Finger, B. Fritsch, M. Wu, L. Lahn, D. Hoffmeister, J. Will, O. Kasian, E. Spiecker, S. Thiele, A. T. S. Freiberg and A. Hutzler, Energy Environ. Sci. (2025).
DOI: 10.1039/D5EE03712C