nach oben

Erschienen in:

2014 | OriginalPaper | Buchkapitel

11. Elektrolyse-Verfahren

verfasst von : Bernd Pitschak, Jürgen Mergel

Erschienen in: Wasserstoff und Brennstoffzelle

Verlag: Springer Berlin Heidelberg

Einloggen

Aktivieren Sie unsere intelligente Suche, um passende Fachinhalte oder Patente zu finden.

search-config

KI-gestützte Suche

Aus

Zusammenfassung

Wasserstoff ist ein Energiespeicher mit Potential und vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten in der Wertschöpfungskette. Der Elektrolyseur als Wasserstofferzeuger ist nicht nur eine zuverlässige, flexible und vielfach eingesetzte Anlage, sondern dient dem Ausgleich der zukünftig weiter steigenden Volatiliät unserer Stromversorgung. Technik, Infrastruktur und Regelwerk sind vorhanden und erlauben bereits heute den Bau und Betrieb von Anlagen zur Speicherung großer Energiemengen in Form von Wasserstoff oder synthetischen Methan . Das Kapitel gibt eine Übersicht über die relevanten Verfahren der Elektrolyse, die elektrochemischen Grundlagen und die jeweiligen Anwendungsgebiete. Der aktuelle Stand der Technik sowie neue Entwicklungen und Marktperspektiven werden dargestellt.

Sie haben noch keine Lizenz? Dann Informieren Sie sich jetzt über unsere Produkte:

Springer Professional "Wirtschaft+Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Wirtschaft+Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

über 102.000 Bücher
über 537 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

Automobil + Motoren
Bauwesen + Immobilien
Business IT + Informatik
Elektrotechnik + Elektronik
Energie + Nachhaltigkeit
Finance + Banking
Management + Führung
Marketing + Vertrieb
Maschinenbau + Werkstoffe
Versicherung + Risiko

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Jetzt informieren

Springer Professional "Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

über 67.000 Bücher
über 390 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

Automobil + Motoren
Bauwesen + Immobilien
Business IT + Informatik
Elektrotechnik + Elektronik
Energie + Nachhaltigkeit
Maschinenbau + Werkstoffe

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Jetzt informieren

Vorheriges Kapitel Nutzung von konventionellem und grünem Wasserstoff in der chemischen Industrie

Nächstes Kapitel Die Entwicklung von Großelektrolyse-Systemen: Notwendigkeit und Herangehensweise

Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi), Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit (BMU): Energiekonzept für eine umweltschonende, zuverlässige und bezahlbare Energieversorgung. BMWi, BMU, Berlin (2010)

Gesetz für den Vorrang Erneuerbarer Energien (Erneuerbare-Energien-Gesetz – EEG), Erneuerbare-Energien-Gesetz vom 25. Okt2008 (BGBl I S. 2074), das zuletzt durch Artikel 1 des Gesetzes vom 17. August 2012 (BGBl I S. 1754) geändert worden ist. Zuletzt geändert durch Art. 1 G v. 17.8.2012 I 1754. Mittelbare Änderung durch Art. 5 G v. 17.8. 2012 I 1754 berücksichtigt (2012)

Bundesregierung D.: Energiewende auf gutem Weg. http://www.bundesregierung.de/Content/DE/Artikel/2012/10/2012–10–11-eeg-reform.html Zugegriffen: 2012

V. DDVdG-uWe. Mit Gas-Innovationen in die Zukunft! Bonn (2010)

Wöhrle, D.: Wasserstoff als Energieträger – eine Replik. Nachr. Chem. Tech. Lab. 39, 1256–1266 (1991)CrossRef

Sandstede, G.: Moderne Elektrolyseverfahren für die Wasserstoff-Technologie. Chem. Ing. Tech. 61, 349–361 (1989)CrossRef

Smolinka, T., Günther, M., Garche, J.: NOW-Studie: Stand und Entwicklungspotenzial der Wasserelektrolyse zur Herstellung von Wasserstoff aus regenarativen Energien. NOW (2011)

Winter, C.J.: Wasserstoff als Energieträger: Technik, Systeme, Wirtschaft, 2. überarbeitete Auflage Springer, Berlin (1989)

Streicher, R., Oppermann, M.: Results of an R&D program for an advanced pressure electrolyzer (1989–1994). Fla. Sol. Energy Cent. 641–646 (1994)

10.

Hug, W., Divisek, J., Mergel, J., Seeger, W., Steeb, H.: High efficient advanced alkaline water electrolyzer for solar operation. Int. J. Hydrog. Energy 8, 681–690 (1990)

11.

Szyszka, A.: Schritte zu einer (Solar-) Wasserstoff-Energiewirtschaft. 13 erfolgreiche Jahre Solar-Wasserstoff-Demonstrationsprojekt der SWB in Neunburg vorm Wald, Oberpfalz (1999)

12.

Barthels, H., Brocke, W.A., Bonhoff, K., Groehn, H.G., Heuts, G., Lennartz, M., et al.: Phoebus- jülich: an autonomous energy supply system comprising photovoltaics, electrolytic hydrogen, fuel cell. Int. J. Hydrogen Energy 23, 295–301 (1998)CrossRef

13.

Jensen, J.O., Bandur, V., Bjerrum, N.J.: Pre-Investigation of water electrolysis, S.196. Technical University of Denmark (2008)

14.

Marshall, A., Borresen, B., Hagen, G., Tsypkin, M., Tunold, R.: Preparation and characterisation of nanocrystalline Ir_xSn_1−xO₂ electrocatalytic powders. Mater. Chem. Phys. 94, 226–232 (2005)CrossRef

15.

Marshall, A., Tsypkin, M., Borresen, B., Hagen, G., Tunold, R.: Nanocrystalline Ir_xSn_1−xO₂ electrocatalysts for oxygen evolution in water electrolysis with polymer electrolyte – effect of heat treatment. J. New. Mat. Electr. Sys. 7, 197–204 (2004)

16.

Trasatti, S.: Electrocatalysis in the anodic evolution of oxygen and chlorine. Electrochim. Acta 29, 1503–1512 (1984)CrossRef

17.

Andolfatto, F., Durand, R., Michas, A., Millet, P., Stevens, P.: Solid polymer electrolyte water electrolysis – electrocatalysis and long-term stability. Int. J. Hydrogen Energy 19, 421–427 (1994)CrossRef

18.

Millet, P., Andolfatto, F., Durand, R.: Design and performance of a solid polymer electrolyte water electrolyzer. Int. J. Hydrogen Energy 21, 87–93 (1996)CrossRef

19.

Yamaguchi, M., Okisawa, K., Nakanori, T.: Development of high performance solid polymer electrolyte water electrolyzer in WE-NET. In: Iecec-97 – Proceedings of the thirty-second Intersociety Energy Conversion Engineering Conference, Bd. 1–4, S. 1958–1965 (1997)

20.

Ledjeff, K., Mahlendorf, F., Peinecke, V., Heinzel, A.: Development of electrode membrane units for the reversible solid polymer fuel-cell (Rspfc). Electrochim. Acta 40, 315–319 (1995)

21.

Rasten, E., Hagen, G., Tunold, R.: Electrocatalysis in water electrolysis with solid polymer electrolyte. Electrochim. Acta 48, 3945–3952 (2003)CrossRef

22.

Ma, H.C., Liu, C.P., Liao, J.H., Su, Y., Xue, X.Z., Xing, W.: Study of ruthenium oxide catalyst for electrocatalytic performance in oxygen evolution. J. Mol. Catal. Chem. 247, 7–13 (2006)CrossRef

23.

Hu, J.M., Zhang, J.Q., Cao, C.N.: Oxygen evolution reaction on IrO₂-based DSA (R) type electrodes: kinetics analysis of Tafel lines and EIS. Int. J. Hydrogen Energy 29, 791–797 (2004)CrossRef

24.

Song, S.D., Zhang, H.M., Ma, X.P., Shao, Z.G., Baker, R.T., Yi, B.L.: Electrochemical investigation of electrocatalysts for the oxygen evolution reaction in PEM water electrolyzers. Int. J. Hydrogen Energy 33, 4955–4961 (2008)CrossRef

25.

Nanni, L., Polizzi, S., Benedetti, A., De Battisti, A.: Morphology, microstructure, and electrocatalylic properties of RuO₂-SnO₂ thin films. J. Electrochem. Soc. 146, 220–225 (1999)CrossRef

26.

de Oliveira-Sousa, A., da Silva, M.A.S., Machado, S.A.S., Avaca, L.A., de Lima-Neto, P.: Influence of the preparation method on the morphological and electrochemical properties of Ti/IrO₂-coated electrodes. Electrochim. Acta 45, 4467–4473 (2000)CrossRef

27.

Siracusano, S., Baglio, V., Di Blasi, A., Briguglio, N., Stassi, A., Ornelas, R., et al.: Electrochemical characterization of single cell and short stack PEM electrolyzers based on a nanosized IrO₍₂₎ anode electrocatalyst. Int. J. Hydrogen Energy 35, 5558–5568 (2010)CrossRef

28.

Ayers, K.E., Anderson, E.B., Capuano, C., Carter, B., Dalton, L., Hanlon, G., et al.: Research advances towards low cost, high efficiency PEM electrolysis. ECS Trans. 33, 3–15 (2010)CrossRef

29.

Sheridan, E., Thomassen, M., Mokkelbost, T., Lind, A.: The development of a supported Iridium catalyst for oxygen evolution in PEM electrolysers. In: 61st Annual meeting of the International Society of Electrochemistry. International Society of Electrochemistry, Nice (2010)

30.

Smolinka, T., Rau, S., Hebling, C.: Polymer Electrolyte Membrane (PEM) Water Electrolysis. Hydrogen and Fuel Cells, S.271-289. Wiley-VCH (2010)

31.

Ayers, K.E., Dalton, L.T., Anderson, E.B.: Efficient generation of high energy density fuel from water. ECS Trans. 41, 27–38 (2012)CrossRef

32.

Hydrogenics: Hydrogenics awarded energy storage system for E.ON in Germany. World’s first megawatt PEM electrolyzer for power-to-gas facility, April 8th (2013)

33.

Dönitz, W., Erdle, E.: High-temperature electrolysis of water vapor – status of development and perspectives for application. Int. J. Hydrogen Energy 10, 291–295 (1985)CrossRef

34.

Dönitz, W., Streicher, R.: Hochtemperatur-Elektrolyse von Wasserdampf – Entwicklungsstand einer neuen Technologie zur Wasserstoff-Erzeugung. Chem. Inge. Tech. 52, 436–438 (1980)CrossRef

35.

Isenberg, A.O.: Energy conversion via solid oxide electrolyte electrochemical cells at high temperatures. Solid State Lonics 3–4, 431–437 (1981)CrossRef

36.

Dönitz, W., Dietrich, G., Erdle, E., Streicher, R.: Electrochemical high temperature technology for hydrogen production or direct electricity generation. Int. J. Hydrogen Energy 13, 283–287 (1988)CrossRef

37.

Erdle, E., Dönitz, W., Schamm, R., Koch, A.: Reversibility and polarization behaviour of high temperature solid oxide electrochemical cells. Int. J. Hydrogen Energy 17, 817–819 (1992)CrossRef

38.

Laguna-Bercero, M.A.: Recent advances in high temperature electrolysis using solid oxide fuel cells: a review. J. Power Sources 203, 4–16 (2012)CrossRef

39.

Stoots, C.M., O’Brien, J.E., Herring, J.S., Hartvigsen, J.J.: Syngas production via high- temperature coelectrolysis of steam and carbon dioxide. J. Fuel Cell Sci. Tech. 6, 011014 (2009)CrossRef

40.

Carmo, M., Fritz, D.L., Mergel, J., Stolten, D.: A comprehensive review on PEM water electrolysis. Int. J. Hydrogen Energy 38, 4901–4934 (2013)CrossRef

41.

Henel, M.: Power-to-Gas – Eine Technologieübersicht. Freiberger Forschungsforum. Freiberg (2012)

42.

Mergel, J., Carmo, M., Fritz, D.L.: Status on technologies for hydrogen production by water electrolysis. In: Stolten, D., Scherer, V. (Hrsg.) Transition to Renewable Energy Systems, S. 425–450. Wiley-VCH, Weinheim (2013)

Titel: Elektrolyse-Verfahren
verfasst von: Bernd Pitschak
Jürgen Mergel
Verlag: Springer Berlin Heidelberg
Buch: Wasserstoff und Brennstoffzelle
Print ISBN: 978-3-642-37414-2

Electronic ISBN: 978-3-642-37415-9

Copyright-Jahr: 2014
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-642-37415-9_11