elastolox - Elastomere für Elektrolyse und Brennstoffzellen

Materialien identifizieren, hinsichtlich Beständigkeit bewerten und Abhängigkeiten verstehen

Elektrochemische Wandler (z.B. Elektrolyseure, Brennstoffzellen) spielen eine entscheidende Rolle in der Wasserstoff-Wirtschaft. Die in solchen Systemen vorliegenden harschen Betriebsbedingungen (z.B. sauer oder alkalisch) stellen hohe Herausforderung an die eingesetzten Materialien dar. Polymere und Kunststoffe finden sich hierbei sowohl in elektrochemisch aktiven Komponenten (z.B. Membran, Elektrode, Bipolarplatten, etc.) als auch in Strukturelementen (z.B. Dichtungen, Gehäuse, etc.). Die aufgrund ihrer chemischen, thermischen und elektro(chemischen) Beständigkeit eingesetzten Fluorpolymere stehen aktuell vor dem Hintergrund des PFAS-Beschränkungsvorschlags der Europäischen Chemikalien-Agentur (ECHA) vor einer ungewissen Zukunft. Neben Verschiebungen in der Verfügbarkeit von Fluorpolymeren zeichnet sich ab, dass Fluortensid-frei hergestellte Fluorpolymere an Bedeutung gewinnen. Auch alternative fluorfreie Polymere, mitunter beschichtet, werden aktuell als potentielle Substitutionsmaterialien betrachtet. Daher besteht die Anforderung alternative Materialien zu identifizieren und hinsichtlich ihrer Beständigkeit in alkalischer Umgebung und Sauerstoffatmosphäre und ihrer mechanischen Eigenschaften zu bewerten.

Schwerpunkte & Vorgehen

• Definition der einzelnen Anforderungen der Teilnehmenden an die Materialien und Zusammenführung der Kernanforderungen für die nachfolgende Recherche-Phase 
• Recherche und Bewertung der wissenschaftlichen Literatur, Fachliteratur und des Marktes, insbesondere hinsichtlich der folgenden Fragestellungen: 
  • Welche Untersuchungen (Methoden/Materialverhalten) zu chemischen und/ oder thermischen Beständigkeiten an Elastomerproben in Lauge/O₂ existieren? Fokus wird auf Materialeigenschaften (hinsichtlich Beständigkeit, Lebensdauereigenschaften) unter verschiedenen Bedingungen (z.B. O₂-Partialdruck/-konzentration, Konzentration Lauge und Temperatur) gelegt. 
  • Welche möglichen Materialien existieren am Markt (z.B. Fluorpolymere, hergestellt ohne fluorhaltige Tenside, alternative fluorfreie Elastomere) 
• Festlegung und Herstellung (Mischen, Vulkanisieren und Pressen/Stanzen) bzw. Beschaffung und/oder Bereitstellung der Proben aus dem Teilnehmerkreis für die folgende experimentelle Projektphase; Definition der Einlagerungsbedingungen in Abhängigkeit von Medium (Konzentration Lauge), O₂-Druck und Temperatur (max. 18 Variationen möglicher Einlagerungskonstellationen) 
• Setup der Prüfumgebung unter den festgelegten Bedingungen an einem ersten ausgewählten Material (bei einer Einlagerungszeit von mind. 500 h). Charakterisierung der Eigenschaften (Härte, Dimensions- und Massenänderung, Druckverformungsrest, Zug-Dehnungsverhalten) vor und nach Einlagerung zur Untersuchung möglicher methodenbedingter Streuung auf das Versuchsergebnis 
• Iteration der Einlagerungsversuche (samt Charakterisierung) unter definierten Einlagerungsbedingungen und Materialien (unter Einbezug der gewonnenen Erkenntnisse) zur Bestimmung der am besten geeigneten Materialien für die jeweiligen Anforderungen