Die PEM-Elektrolysezelle besteht aus drei wesentlichen Komponenten: der Bipolarplatte, der Gasdiffusionsschicht und der Elektrode. Derzeit können die Bipolarplatte und die Gasdiffusionsschicht im Inland hergestellt werden, während die Entwicklung heimischer Membranelektroden noch im Gange ist.
Der Produktionsprozess der Bipolarplatte ähnelt dem von Halbleitern und Chips. Dazu gehören Zuführung, Materialreinigung, schrittweise Belichtung, Entwicklung, Reparatur, Wärmebacken, Ätzen, Formentrennung, Inspektion und Lagerung der fertigen Produkte. Für die Auswahl metallischer Bipolarplatten eignen sich verschiedene Metall- und Legierungsserien wie Edelstahl, Titanlegierungen und Nickelbasislegierungen.
Um eine gewisse Lebensdauer zu gewährleisten, müssen die Bipolarplatte und die Gasdiffusionsschicht beschichtet werden. Zu den gängigen Optionen gehören leitfähige Korrosionsschutzbeschichtungen wie Platin, Iridium, Gold und kohlenstoffbasierte Beschichtungen. Die Dicke der Beschichtung spielt eine entscheidende Rolle. Während bei der herkömmlichen chemischen Beschichtung eine Dicke von etwa 0,1 mm erreicht wird, kann mit dem TopTi-Beschichtungsverfahren eine Dicke von 0,5 Mikrometer erreicht werden, was zu Kostensenkungen führt. Die Plasmareinigung der Oberfläche vor der Beschichtung und der Betrieb im Vakuumzustand führen zu einer höheren Haftung im Vergleich zur Wasserplattierung.
Zu den optionalen Materialien für die Diffusionsschicht aus Titanfaserfilz gehören Titan, Nickel, Edelstahl und Legierungen. Es gibt jedoch technische Hindernisse für die Verwendung von Fasern auf Nickelbasis und sie sind auf dem Markt auch teurer. Das Unternehmen hat den Vorteil, Fasermaterialien selbstständig zu verarbeiten und maßgeschneiderte Produkte nach Kundenwunsch anzubieten. Derzeit befindet sich das Produkt noch in der Testphase.
Im Vergleich zur Wasser-Wasserstoff-Produktionstechnologie mit alkalischer Elektrolyse steht die PEM-Wasserstoffproduktion aufgrund des Mangels an skalierten und lokalisierten Schlüsselkernmaterialien vor Herausforderungen, was zu hohen Ausrüstungskosten führt. Die Bipolarplatte und die Gasdiffusionsschicht sind wichtige Komponenten der PEM-Wasserelektrolyse. Sobald diese Kernkomponenten realisiert und lokalisiert sind, können die Ausrüstungskosten von PEM-Elektrolysezellen in Zukunft deutlich gesenkt werden und so die Entwicklung der Wasserstoffindustrie vorantreiben.
