Dieses 0,38 mm dicke Nickelfilz wird aus hochreinen Nickelfasern (≥99,5 % Ni) durch ein Vlies-Schichtungsverfahren und anschließendes Vakuum-Hochtemperatursintern hergestellt. Das Ergebnis ist eine dreidimensional vernetzte poröse Struktur mit isotropen Eigenschaften in der Fläche. Bei dieser Dicke bilden die gesinterten Faserübergänge ein starres, aber dennoch leicht flexibles Grundgerüst, das dem Filz eine gute Zugfestigkeit und Dimensionsstabilität unter mechanischer Belastung verleiht.

Wenn das Material als Gasdiffusionsschicht (GDL) in elektrochemischen Zellen eingesetzt wird, übernimmt es mehrere Aufgaben. Seine offene Porosität und gleichmäßige Porengrößenverteilung ermöglichen einen schnellen Gas-Flüssigkeits-Austausch und verringern die Konzentrationspolarisation in der Nähe der Elektrodenoberfläche. Das durchgehende Nickelfasernetzwerk bietet einen niedrigen elektrischen Widerstand, während die native Oberflächenchemie von Nickel für eine stabile Korrosionsbeständigkeit in alkalischen und neutralen Elektrolytumgebungen sorgt. Das Filz verträgt zudem erhöhte Betriebstemperaturen und besitzt einen Wärmeausdehnungskoeffizienten, der mit gängigen Elektrodensubstraten kompatibel ist.

Wichtige Parameter – darunter Dicke, Flächengewicht und Porosität – können an verschiedene Zellendesigns angepasst werden, ohne die strukturelle Integrität des Materials zu beeinträchtigen. Gleichbleibende Prozessbedingungen gewährleisten eine Chargen-zu-Chargen-Reproduzierbarkeit, was dieses GDL für den Langzeiteinsatz in Wasserelektrolysesystemen und anderen elektrochemischen Vorrichtungen geeignet macht, die eine effiziente Fluidverteilung und zuverlässige mechanische Unterstützung erfordern.

Produktspezifikationen

Material	Ni 200
Porosität	60–70 %
Abmessungen	100 × 100 × 0,38 mm
Verfahren	Sintern

Eigenschaften

Dreidimensional vernetzte Porenstruktur – Das Filz besteht aus Nickelfasern, die ein offenes, durchgehendes Netzwerk ohne Sackgassenporen bilden. Diese Architektur bietet Wege mit geringer Tortuosität für beide Phasen – Gas und Flüssigkeit – und ermöglicht so eine schnelle Zufuhr von Reaktanden zur Elektrodenoberfläche sowie einen raschen Abtransport von Produkten aus der Reaktionszone.

Einstellbare Porosität und Permeabilität – Porosität und Gasdurchlässigkeit können in einem breiten Bereich variiert werden, um den Stofftransport- und Druckverlustanforderungen verschiedener elektrochemischer Systeme gerecht zu werden. Eine höhere Porosität verbessert die Austauschraten, während das Fasergerüst dennoch eine ausreichende mechanische Unterstützung für die Elektrode bietet.

Hohe elektrische Leitfähigkeit – Das ineinandergreifende Nickelfasernetzwerk schafft einen niederohmigen Pfad für den Elektronentransport. Selbst unter Druckbelastungen bleiben die Fasenkontakte zuverlässig, was zur Verringerung der ohmschen Polarisation in Zellen oder Elektrolyseuren beiträgt und die Gesamtenergieeffizienz verbessert.

Korrosionsbeständigkeit in alkalischen und neutralen Medien – In alkalischen und neutralen wässrigen Umgebungen bildet sich auf der Nickeloberfläche ein stabiler Passivfilm, der dem Material eine gute Beständigkeit gegen chemischen Angriff verleiht. Diese Eigenschaft hilft, die strukturelle Integrität und elektrochemische Aktivität über längere Betriebszeiträume aufrechtzuerhalten.

Thermische Stabilität bei erhöhten Temperaturen – Selbst bei längerer Einwirkung hoher Betriebstemperaturen behält das Filz seine ursprüngliche mechanische Festigkeit und poröse Architektur. Sein Wärmeausdehnungskoeffizient liegt nahe dem von Standard-Metallzellkomponenten, sodass Temperaturschwankungen keine nennenswerten Grenzflächenspannungen verursachen oder zu Delamination führen.

Mechanische Festigkeit, Dimensionsstabilität und anpassbare Dicke – Die gesinterten Faserübergänge verleihen dem Filz eine ausreichende Zugfestigkeit und Beständigkeit gegen Druckkriechen. Unter Stapelmontagedruck behält das Material seine Dicke und gewährleistet einen gleichmäßigen Kontakt an der GDL-Elektroden-Grenzfläche. Darüber hinaus können Dicke und Flächengewicht in einem praktikablen Bereich angepasst werden, um unterschiedliche Plattenabstände und Kompressionstoleranzen auszugleichen, was Flexibilität bei der Stapeloptimierung bietet.

Produkteigenschaften

AEM-Wasserelektrolyse – Anoden-Gasdiffusionsschicht – In Anionenaustauschmembran-Elektrolyseuren dient das Filz als Gasdiffusionsschicht auf der Anodenseite, leitet Strom, führt Reaktionswasser zu und leitet entwickelten Sauerstoff ab. Das offene, vernetzte Porennetzwerk bietet Wege mit geringer Tortuosität für Gas und Flüssigkeit, was zur Verringerung anodischer Stofftransportüberspannungen beiträgt. Reinnickel widersteht der stark alkalischen, hochpotenziellen Umgebung, die für den AEM-Betrieb typisch ist, und bietet langfristige Stabilität ohne nennenswerte Korrosion.

Anoden-GDL für die PEM-Elektrolyse – Sauerstoffentwicklungsseite – Bei PEM-Elektrolyseuren wird dieses Filz ebenfalls auf der Anodenseite platziert. Kohlenstoffbasierte Diffusionsschichten sind hier ungeeignet, da die Sauerstoffentwicklungsreaktion Kohlenstoff zu CO₂ oder Carbonat oxidiert. Das Nickelfilz als metallische poröse Struktur umgeht dieses Problem. Sein durchgehendes Nickelfasernetzwerk bietet einen niederohmigen elektronischen Pfad und verringert die ohmsche Polarisation selbst unter den stark oxidierenden und sauren Bedingungen an der PEM-Anode.

Alkalische Wasserelektrolyse (ALK) – Elektrodensubstrat und Diffusionsschicht – In herkömmlichen alkalischen Elektrolyseuren kann das Material entweder als Gasdiffusionsschicht oder direkt als Elektrodensubstrat fungieren. Seine dreidimensionale poröse Architektur bietet eine große zugängliche Oberfläche, die sowohl der Wasserstoff- als auch der Sauerstoffentwicklungsreaktion zugutekommt. Das gesinterte Fasernetzwerk widersteht Druckkriechen effektiv: Beim Zusammenpressen im Stapel bewahrt das Filz seine ursprüngliche Dicke und hält guten Grenzflächenkontakt zu den umgebenden Komponenten.

PEM-Brennstoffzellen – Gasdiffusionsschicht – In Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellen fungiert dieses Filz als Gasdiffusionsschicht. Die hohe Porosität und gleichmäßige Porengrößenverteilung helfen, Reaktionsgase gleichmäßig über die Katalysatorschicht zu verteilen, während sie gleichzeitig Produktwasser effizient ableiten – wesentlich für stabile Zellenleistung und verlängerte Lebensdauer.

Flow-Batterien – Poröse Elektrode oder Strömungsfeldmaterial – In Redox-Flow-Batteriesystemen kann das Nickelfaservlies als poröse Elektrode oder als Teil der Strömungsfeldstruktur eingesetzt werden. Das offene, vernetzte Netzwerk bietet eine große Grenzfläche für Elektrolytreaktionen, und die niederohmigen Kanäle ermöglichen eine freie Zirkulation des Elektrolyten bei minimalem Druckverlust, was sowohl die Auslastung als auch den Rundwirkungsgrad verbessert.

Hochtemperaturelektrochemische Vorrichtungen – Poröse Komponenten – Das Filz hält erhöhten Betriebstemperaturen stand und eignet sich daher für poröse Komponenten in Festoxid-Brennstoffzellen (SOFCs) und ähnlichen Hochtemperatursystemen. Die Wärmeausdehnung des Materials liegt im gleichen Bereich wie die von typischen metallischen Verbindern und Trägern, sodass Temperaturwechsel keine Grenzflächenrisse oder Schichtablösungen verursachen.

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