IEA AFC Annex 30: Initial approaches in benchmarking and round robin testing for proton exchange membrane water electrolyzers (2019)

Die Wasserstofferzeugung mittels Protonenaustauschmembran-Wasserelektrolyse (PEMWE) ist eine Technologie, die einen Weg bietet, große Mengen an Elektrizität in Form von Wasserstoff zu speichern. Die Herausforderungen für eine breite Einführung von PEM-Wasserelektrolyseuren liegen in ihren hohen Kapital- und Betriebskosten, die beide durch Forschung und Entwicklung gesenkt werden müssen. Eine Auswertung der PEMWE-Leistungsdaten in der Literatur zeigt, dass es eine große Streuung gibt, wodurch eine Schlussfolgerung für zukünftige Schwerpunkte der F&E schwierig ist. Um eine Vergleichbarkeit zwischen den Ergebnissen unterschiedlicher Laboratorien zu ermöglichen, wurde ein Ringversuch von fünf Institutionen, die am IEA TCP AFC Annex 30 teilnehmen, durchgeführt. Dabei wurden identische Sätze von Materialien und Testzellen, sowie ein gemeinsames Testprotokoll verwendet.

Die maximal beobachteten Abweichungen zwischen den unterschiedlichen Laboratorien bei Stromdichten von 1 A/cm² und Temperaturen von 60°C bzw. 80°C waren 27 mV bzw. 20 mV. Diese Werte entsprechen etwa einem Zehntel der Streuung, die in einer Literaturübersicht über ähnliche Materialien ermittelt wurde. Nichtsdestotrotz war die Streuung zwischen den einzelnen Labors zwei- bis dreimal höher als die kleinste Streuung, die in einem einzelnen Labor beobachtet wurde.

Eine Analyse der Ergebnisse offenbart, dass vor allem die Temperaturkontrolle der Zelle und ein unzureichendes Kriterium zur Definition des stationären Zustands den größten Einfluss auf die beobachteten Abweichungen haben.

Die zukünftige Arbeit des Annex 30 wird sich auf die Definition strengerer Testbedingungen konzentrieren, um die Reproduzierbarkeit und damit die Vergleichbarkeit zwischen den Laboratorien weiter zu verbessern. Ferner beabsichtigt die Gruppe ein PEMWE-Referenzsystem zu entwickeln, das gemeinsam mit den überarbeiteten Testbedingungen einen Standard bildet, der der Fachwelt zur Verfügung gestellt werden soll.