Materialwissenschaft und Beschichtungstechnologie sind von zentraler Bedeutung, um die Wasserstoff-Initiative voranzutreiben; ein entscheidendes Unterfangen, das darauf abzielt, Wasserstoff als sauberen und erschwinglichen Energieträger nutzbar zu machen. Um das Potenzial von Wasserstoff voll ausschöpfen zu können, müssen wir jedoch eine Vielzahl von Herausforderungen bewältigen, die von der Speicherung und dem Transport bis hin zur Effizienz der Nutzung reichen. Genau hier kommt die Synergie von Materialwissenschaft und Beschichtungstechnik ins Spiel. Die größte Herausforderung bei der Nutzung von Wasserstoff liegt in seiner Speicherung. Aufgrund seiner geringen Energiedichte pro Volumen sind innovative Speicherlösungen unerlässlich, um ihn für verschiedene Anwendungen wie Brennstoffzellen für Fahrzeuge oder die Stromerzeugung nutzbar zu machen. Moderne Materialien wie Metallhydride, poröse metallorganische Gerüste (MOFs) und kohlenstoffbasierte Materialien wie Graphen werden intensiv erforscht, um effiziente und sichere Wasserstoffspeichersysteme zu entwickeln. Diese Materialien, die Wasserstoff aufnehmen und abgeben können, ebnen den Weg für kompakte und leichte Speicherlösungen.

Darüber hinaus spielt die Beschichtungstechnologie eine entscheidende Rolle bei der Verbesserung der Leistung und Haltbarkeit von Materialien, die in wasserstoffbezogenen Anwendungen eingesetzt werden. Ein Beispiel hierfür sind Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellen (PEM), die ein wesentlicher Bestandteil von Wasserstoff-Brennstoffzellen sind, die Wasserstoff in Strom umwandeln. Geschickt auf die PEM-Membran aufgebrachte Beschichtungen verbessern die strukturelle Integrität, verhindern die Alterung und erhöhen die Protonenleitfähigkeit, wodurch die Effizienz und Langlebigkeit der Brennstoffzelle erhöht wird. Darüber hinaus können Beschichtungen strategisch auf Elektroden und Katalysatoren in der Brennstoffzelle aufgebracht werden, um deren katalytische Aktivität und Korrosionsbeständigkeit zu verbessern.

Forschungsziele

Entwicklung effizienter Wasserstoffspeichersysteme

Forschung und Entwicklung innovativer Materialien wie Metallhydride, poröse metallorganische Gerüste (MOFs) und kohlenstoffbasierte Materialien (z.B. Graphen), die eine kompakte und leichte Speicherung von Wasserstoff ermöglichen.

Verbesserung der Leistung und Haltbarkeit von Wasserstoff-Brennstoffzellen

Einsatz von Beschichtungstechnologien zur Steigerung der strukturellen Integrität, Protonenleitfähigkeit und Lebensdauer von PEM-Brennstoffzellen sowie zur Verbesserung der katalytischen Aktivität und Korrosionsbeständigkeit von Elektroden und Katalysatoren.

Erhöhung der Widerstandsfähigkeit der Wasserstoffinfrastruktur

Entwicklung und Anwendung von widerstandsfähigen Schutzschichten und korrosionsbeständigen Beschichtungen auf Materialien, die in der Wasserstoffproduktion und Verkehrsinfrastruktur eingesetzt werden, um deren Verschleißfestigkeit und Sicherheit zu gewährleisten.

Publikationen

Zügner, Dominik, Sabine Zamberger, Nevzat Yigit, Günther Rupprechter, and Ernst Kozeschnik. "Thermal Desorption Spectra of H in an Fe–C–Nb Alloy Evaluated by Diffusion Simulation, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster." steel research international 91, no. 12 (2020): 2000240.

Zamberger, Sabine, Peter Lang, G. Klösch, Jürgen Klarner, and E. Kozeschnik. "Long-range diffusion of H in the presence of traps in a microalloyed steel, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster." Computational Materials Science 113 (2016): 266-274.