Lange lautete die ehrliche Antwort auf die Frage „Bekomme ich AEM-Membranen für einen 100-kW-Stack?“: „Nicht so einfach.“ Anionenaustauschmembranen wurden in kleinen Chargen hergestellt, oft als handgegossene Filme. Eine große Bestellung bedeutete monatelanges Warten und Überraschungen von Charge zu Charge. Für Stackentwickler war die Membran der Engpass – lange bevor Katalysator oder Stackdesign zum Problem wurden.
Im EU-Projekt HYScale haben wir uns vorgenommen, diesen Engpass für unsere Membran AionFLX™ zu beseitigen. Dieser Beitrag zeigt, was sich geändert hat, was die öffentlichen Projektunterlagen belegen und welche Erkenntnisse für alle gelten, die AEM-Membranen in größeren Mengen einkaufen.
Das zentrale Ergebnis
Im September 2025 gab HYScale bekannt, dass CENmat sowohl die Synthese als auch das Gießen der Anionenaustauschmembran AionFLX™ hochskaliert hat. Laut Pressemitteilung des Projekts bringt der neue Prozess zweierlei:
- Eine drastisch verringerte Wasserstoffpermeabilität – eines der seit Langem bekannten Leistungs- und Sicherheitsthemen der AEM-Elektrolyse.
- Chargengrößen, die für einen 100-kW-Stack reichen, sodass die Membranversorgung das Scale-up nicht mehr begrenzt.
„Wir haben die Laborfertigung hinter uns gelassen; Membranen sind nicht mehr der Engpass“, sagte unser HYScale Projektkoordinator in der Mitteilung. Die Fachpresse griff die Nachricht auf, später erschien sie als ausführlicher Beitrag im RD Magazine, gemeinsam verfasst von Forschenden von CENmat, CNR und DLR.
Was Scale-up konkret bedeutete
Eine Membran hochzuskalieren heißt nicht einfach, eine größere Folie zu gießen. Die öffentlichen HYScale Unterlagen beschreiben vier getrennte Schritte.
Größere Folien, teilautomatisiert. AionFLX™ wird heute in einem teilautomatisierten Prozess in Folien von bis zu 1.000 cm² gegossen, und das HYScale Factsheet meldet die Membran als bei 900 cm² validiert. Das ist das Format für die Zellen mit rund 900 cm² im 100-kW-System von HYScale, dessen Fertigung abgeschlossen ist und das sich jetzt in der Inbetriebnahme befindet.
Ein Polymer für Membran und Ionomer. Membran und das Ionomer in den Elektroden stammen aus derselben Polymercharge. Das verkürzt die Produktionszeit und senkt die Kosten. Außerdem quellen und leiten Membran und Elektrodenbinder gleich, was die Auslegung der MEA vereinfacht.
Reproduzierbarkeit. In einem HYScale Interview erklärte unser Projektkoordinator, dass beim Hochskalieren Probleme auftreten, die man im Labor nie sieht. Spuren von Verunreinigungen etwa können die mechanischen Eigenschaften beeinflussen. Eine hohe Reproduzierbarkeit von Charge zu Charge war die Voraussetzung für Produktionsmengen für 100-kW-Stacks und später für Systeme im Megawattmaßstab.
Weniger Crossover durch Verstärkung. Laut den HYScale „Results in brief“ auf CORDIS hat die Verstärkung der Membran den Wasserstoff-Crossover verringert und damit hohe Stromdichten bei mehr Sicherheit und Effizienz ermöglicht.
Hat die Leistung das Scale-up überstanden?
Darauf kommt es an, und die öffentlichen Daten beantworten die Frage auf mehreren Ebenen:
- Einzelzellen. Das Factsheet nennt die Validierung in Einzelzellen und eine gleichbleibende Leistung nach dem Scale-up.
- Short-Stack. In einem 6-kW-Short-Stack, den der Forschungspartner CNR-ITAE mit 400 cm² Zellfläche gebaut und betrieben hat, liefen die Membranen und unsere CRM-freien Elektroden über einen weiten Temperatur- und Stromdichtebereich stabil.
- Unabhängige Einordnung. Ein CORDIS-Artikel fasste zusammen, dass großskalige Anwendungen inzwischen Ergebnisse liefern, die mit denen kleiner Einzelzellen im Labor übereinstimmen.
- Lebensdauer. Laut HYScale Technologieseite lief AionFLX™ mehr als 1.000 Stunden in 0,1 M KOH ohne messbare Degradation. Unsere verstärkte Variante AionFLX™ Plus hat in 1 M KOH die Marke von 8.000 Stunden überschritten – mehr dazu in unserem Beitrag zur Membranlebensdauer.
Das Fertigungs-Know-how wirkt über Projektgrenzen hinweg. In REDHy wurden AionFLX™ Folien mit mehr als 900 cm² zur alkalischen Hälfte einer großflächigen PFAS-freien Bipolarmembran.
Fünf Fragen an jeden Lieferanten von AEM-Membranen
Was wir in HYScale gelernt haben, lässt sich in eine kurze Checkliste für Einkauf und Technik übersetzen:
- Welche Foliengröße fertigen Sie routinemäßig, und wie? Handguss und teilautomatisierte Fertigung sind sehr unterschiedliche Lieferzusagen.
- Besteht das Ionomer aus demselben Polymer wie die Membran? Falls nicht: Fragen Sie, wie beide aufeinander abgestimmt sind.
- Wie groß ist die Streuung von Charge zu Charge? Lassen Sie sich Leitfähigkeit, Dicke und mechanische Daten mehrerer Chargen zeigen, nicht nur die der besten.
- Wie viel Wasserstoff tritt durch die Membran, und bei welcher Last? Crossover ist bei niedriger Stromdichte am kritischsten – prüfen Sie ihn über Ihren gesamten Teillastbereich.
- Wurde die Membran im Stack validiert, nicht nur in einer 5-cm²-Zelle? Short-Stack-Daten bei realistischen Zellgrößen sind das Minimum.
Nächste Schritte
AionFLX™ wird in Folien gefertigt, die bei 900 cm² validiert sind, zusammen mit dem passenden AionFLX™ Ionomer. Spezifikationen finden Sie auf der Produktseite zur AionFLX™ Membran. Wie die Materialien im HYScale Stack zusammenkommen, lesen Sie hier – oder fordern Sie Muster an für Ihre eigenen Zellen.
Gefördert durch die Europäische Union. HYScale wird von der Clean Hydrogen Partnership und ihren Mitgliedern im Rahmen der Finanzhilfevereinbarung Nr. 101112055 gefördert. Die geäußerten Ansichten und Meinungen sind ausschließlich die der Autorinnen und Autoren und spiegeln nicht zwingend die der Europäischen Union oder der Clean Hydrogen Partnership wider.