FLASH II: Fluiddynamisch aktivierte und skalierbar herstellbare Elektroden für die hocheffiziente Wasserstoffproduktion Teilvorhaben II: Oberflächentechnische Optimierung fluiddynamisch aktivierter Elektroden für die hocheffiziente Wasserstoffproduktion

FLASH II entwickelt kostengünstige, industriell skalierbar herstellbare Elektroden für die alkalische Wasserelektrolyse, die hohe Stromdichten bei niedrigen Überspannungen ermöglichen. Kern ist die gezielte Beeinflussung von Gasblasenbildung, -wachstum und -ablösung sowie die Steigerung der elektrochemischen Aktivität durch skalenübergreifende Oberflächenstrukturierung und galvanische Beschichtungen. Mesoskalige Strukturen im Bereich 50–1000 μm werden durch Prägen und Walzen als Kavitäten und Leitelemente eingebracht, um die Blasenablösung zu beschleunigen. Mikroskalige Rauheit wird über Walzprozesse eingestellt, wodurch die spezifische Oberfläche steigt und die Haftung nachfolgender Schichten verbessert wird. Galvanische Katalysatorschichten mit einstellbarer Morphologie und Zusammensetzung (Ni–Mo für die HER, Ni–Fe für die OER) werden durch Variation von Stromdichte, Pulsen, Elektrolytzusammensetzung, pH, Temperatur und Additiven optimiert. Die Auslegung von Prägewerkzeugen und Walztexturen erfolgt FE-gestützt und wird experimentell validiert.

Die elektrochemische Bewertung erfolgt iterativ in Halbzellen mit 2–4 cm² aktiver Fläche unter betriebsnahen Bedingungen (60–80 °C, 30% KOH) mittels Polarisationskurven, Impedanzspektroskopie und Dauertests; in Vollzellen mit 100 cm² werden zudem Gasreinheit und Gascrossover bestimmt. Das IBF der RWTH Aachen verantwortet Walz- und Prägeprozesse, Simulation und Strukturübertragung; die TU Clausthal die Galvanik, Material- und Elektrodencharakterisierung sowie Zelltests. Erwartet werden messbare Überspannungsreduktionen gegenüber unstrukturierten beziehungsweise unbeschichteten Referenzen, Prototypen mit integrierter Makrostruktur aus TVH I, eine Bewertungsmatrix der Makro-/Mikroeffekte auf Stofftransport, Aktivität und Gasreinheit sowie der Entwurf einer durchgängigen, skalierbaren Herstellungsroute. Die Verwertung erfolgt über Richtlinien und Merkblätter, Workshops und Demonstratoren für beteiligte Unternehmen.