Spektroskopische und mechanische Tests zur Alterung und Robustheit von Polymerkomponenten in der Elektrolyse

Wasserstoff gilt als eine der zentralen Technologie für eine klimaneutrale Energie- und Industrieversorgung. Die langfristige Zuverlässigkeit von Elektrolyseuren hängt dabei wesentlich von der Beständigkeit ihrer Polymerkomponenten ab. Insbesondere Membranen und Dichtungen sind während des Betriebs hohen chemischen, thermischen und mechanischen Belastungen ausgesetzt. Für neuartige Materialklassen wie AEM-Membranen oder PFAS-freie PEM-Membranen liegen bislang nur begrenzte Langzeiterfahrungen vor.

Gleichzeitig fehlen belastbare Verfahren, um Alterungsprozesse frühzeitig zu erkennen und die verbleibende Lebensdauer der Materialien zuverlässig abzuschätzen. Bisherige Prüfmethoden bilden reale Betriebsbedingungen häufig nur unzureichend ab und liefern daher nur eingeschränkt aussagekräftige Ergebnisse für die industrielle Praxis.

Das Projekt STARK adressiert diese Herausforderung durch die Entwicklung und Validierung neuer Methoden zur Analyse von Degradationsprozessen in Polymermaterialien für die Elektrolyse. Es gilt, die Zusammenhänge zwischen chemischen Veränderungen, mechanischen Eigenschaften und späteren Versagensmechanismen zu klären und damit eine bessere Materialbewertung zu ermöglichen.

Ziel des Projekts ist es, die Alterung und Robustheit von Membran- und Dichtungsmaterialien für PEM- und AEM-Elektrolyseure unter realitätsnahen Bedingungen systematisch zu untersuchen. Dazu werden Alterungstests unter elektrolyserelevanten Druck-, Temperatur- und Atmosphärenbedingungen durchgeführt und mit modernen Analyseverfahren kombiniert.

Im Mittelpunkt steht die Verknüpfung spektroskopischer Methoden wie FTIR- und NMR-Spektroskopie mit mechanischen Prüfverfahren. Die gewonnenen Daten werden korreliert, um Degradationspfade zu identifizieren und Rückschlüsse auf die zukünftige Materialperformance zu ermöglichen. Auf diese Weise sollen chemische Veränderungen frühzeitig erkannt und Aussagen über den Zustand und die Restlebensdauer von Polymerkomponenten getroffen werden können.

Das Projekt schafft damit die Grundlage für neue Qualitäts- und Prüfkonzepte in der Wasserstofftechnologie. Die entwickelten Methoden sollen den Technologiereifegrad von bislang im Labor etablierten Ansätzen auf einen demonstrierten industrienahen Einsatz anheben und perspektivisch als Werkzeug für Qualitätskontrolle, Materialentwicklung und Wartung zur Verfügung stehen.