Iridium und Platin-Katalysatoren für PEM-Elektrolyseure
Edelmetall-Lösungen rund um die Wasserstofferzeugung mit PEM-Wasserelektrolyse und anderen Methoden.

PEM-Elektrolyse: Katalysatoren für Elektroden
Es gibt mehrere Elektrolysetechnologien, wobei die Protonenaustauschmembran-Elektrolyse (PEM) gegenüber der alkalischen und der Festoxid-Elektrolyse an Bedeutung gewinnt. Es wird erwartet, dass die PEM-Elektrolyse eine wichtige Rolle beim Übergang zu einer Wasserstoffwirtschaft spielen wird.
Aufgrund ihrer schnellen Reaktionszeit sind PEM-Elektrolyseure die geeignete Lösung für die Speicherung von Leistungsspitzen aus erneuerbarer Energie. Darüber kann durch die hohe Stromdichte im Vergleich zur alkalischen Elektrolyse mehr Wasserstoff aus kleineren Anlagen produziert werden. Zudem können PEM-Elektrolyseure direkt an Tankstellen angeschlossen werden, weil der Wasserstoff mit ausreichend hohem Druck austritt.
Die Erzeugung von grünem Wasserstoff mit PEM-Elektrolyse ist ein gutes Konzept zur Speicherung, Transport und die Nutzung der erzeugten erneuerbaren Energie. Dabei ist die Skalierung und Kostenreduzierung von grünem Wasserstoff ein wesentlicher Schritt zur Verringerung des weltweiten Kohlendioxid-Fußabdrucks.
Heraeus beschäftigt sich seit mehr als 160 Jahren mit Edelmetallen. Das fundierte Fachwissen über Edelmetallkatalysatoren fließt auch in die innovativen PEM-Elektrolyseur-Katalysatoren ein.
Das Produktportfolio umfasst Elektrolyseur-Katalysatoren mit unterschiedlichen Edelmetallgehalten. In unseren voll ausgestatteten Labors und unserem Testzentrum vor Ort testen wir unsere Lösungen, damit sie perfekt zu Ihren Anforderungen passen.
| Katalysator | Actydon | Ir 100 B | Actydon | Ir 80 X | Actydon | Ir 80 XSP | Actydon | Ir S | Actydon | Ir Ru |
|---|---|---|---|---|---|
|
Eigenschaften |
Hohe Metallreinheit | Große Oberfläche |
Kleinere Agglomeratgröße für bessere Verarbeitbarkeit |
Hohe Massenaktivität |
Mit stabilisiertem Ru |
| Ir-Gehalt [%] | 100 | 79 – 83 | 79 – 83 | 10 – 50 | 14 – 80 |
| Ir-Kristallitgröße [nm] mittels XRD |
3 | 2 – 4 | 2 – 4 |
n.a. |
1.8 – 5.5 |
| BET-Oberfläche [m²/g] | >20 | >200 | >160 |
20 – 100 |
150 – 190 |
| Massenaktivität @ 1.45 Vcell (Ir-frei) [A/g] |
55 | 86 | 86 | 138 – 460 | 177 – 880 |
| Online verfügbar | Online verfügbar | Informationen | Online verfügbar 45 % Ir 30 % Ir 10 % Ir |
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Sparen Sie 50-90 % Iridium im Vergleich zum marktüblichen Standard
Mit der Entwicklung von PEM-Elektrolyseur-Katalysatoren mit deutlich reduzierter Edelmetallbeladung ist Heraeus eine wegweisende Innovation gelungen. Actydon | Ir S, ein niedrigbeladener Kat auf einem Trägermaterial, bietet Ihnen eine bis zu dreimal höhere Katalysatorleistung bei gleichzeitiger Reduzierung der Edelmetallbeladung der CCM um 50-90 % im Vergleich zu früheren Generationen.
Die neueste Heraeus Innovation ist ein Ruthenium -basierter Katalysator für die PEM Wasserelektrolyse. Ebenso wie Iridium kann Ruthenium die Sauerstoffentwicklungsreaktion (OER) katalytisch in Gang setzen, die bei der PEM-Elektrolyse eine entscheidende Rolle spielt. Ruthenium weist sogar eine überlegene katalytische Aktivität im Vergleich zu Iridium auf, jedoch fehlte entsprechenden Katalysatoren bisher die erforderliche Stabilität unter den anspruchsvollen Bedingungen eines PEM-Elektrolyseurs. Das Konzept von Heraeus löst dieses Problem, indem es sowohl Ruthenium- als auch Iridiumoxid auf innovative Weise kombiniert: Hierdurch kann die nötige Stabilität erreicht und gleichzeitig die gesteigerte katalytische Aktivität von Ruthenium genutzt werden.
Die neue Ruthenium-Iridiumoxid-Materialklasse weist eine immense Aktivitätssteigerung auf. Der Katalysator erreicht eine um bis zu 50-mal höhere Massenaktivität als Iridiumoxid, bleibt aber, im Gegensatz zu reinem Rutheniumoxid, unter Betriebsbedingungen stabil. Die Stabilität der neuen Materialklasse wurde durch AD-Tests (Accelerated Degradation Tests) untersucht: Nach 30.000 Zyklen zeigte der neue Katalysator eine deutlich geringere Aktivitätsminderung als Rutheniumoxid und eine vergleichbare Stabilität wie Iridiumoxid.
Diese Ergebnisse sind vor allem deshalb von großer Bedeutung, weil die Verwendung niedrig geladener Iridium Katalysatoren für die Elektrolyse beim Wasserstoffhochlauf eine wichtige Rolle spielen wird.
A major innovation in PEM electrolysis is the significant reduction of iridium usage without compromising efficiency. The low-loading iridium materials reduce precious metal demand in the CCM by 50–90% compared to conventional benchmarks, while maintaining superior catalytic activity.
One breakthrough is the ruthenium-based material concept. While ruthenium exhibits higher intrinsic catalytic activity for the Oxygen Evolution Reaction than iridium, pure ruthenium lacks sufficient stability under acidic PEM conditions.
To overcome this limitation, Heraeus has developed a novel mixed oxide approach combining ruthenium and iridium oxide. Integrating ruthenium with iridium oxide in a controlled structure significantly enhances stability while preserving the high catalytic activity contributed by ruthenium.
This innovative iridium-ruthenium oxide class delivers unprecedented activity improvements. Compared to conventional iridium oxide, the material achieves up to 50 times higher mass activity. Unlike pure ruthenium oxide, however, the stabilized system withstands harsh stack conditions. Accelerated degradation tests over 30,000 cycles demonstrate that the mixed oxides maintain performance with minimal activity loss, combining the advantages of ruthenium and iridium in one robust precious metal catalyst platform – not ignoring the cost advantage up to 80% compared to iridium oxide.
The implementation of optimized low-loading Ir catalyst system solutions is a decisive step to scale up hydrogen production via PEM electrolysis.
For the cathode side of PEM electrolysis, Heraeus provides highly active Pt catalyst. These cathode systems efficiently promote the hydrogen evolution reaction, enabling the recombination of protons into hydrogen molecules formed on dispersed platinum atoms.
The Heraeus platinum catalyst portfolio is engineered to deliver exceptional catalytic activity even at low temperatures, while ensuring durability across dynamic load cycles. Optimizing catalyst loading balances cost efficiency and performance, delivering a reliable precious metal catalyst solution for hydrogen generation.
All cathode catalysts are validated in-house to guarantee consistent quality and performance in industrial-scale PEM electrolysis systems.
Platinum catalysts are also used as a fuel cell catalyst in the consumption of hydrogen in a fuel cell.
Kathoden-Katalysatoren für PEM-Elektrolyseure
Heraeus beschäftigt sich seit mehr als 160 Jahren mit Edelmetallen. Das fundierte Fachwissen über Edelmetallkatalysatoren fließt auch in die innovativen PEM-Elektrolyseur-Katalysatoren ein.
| Katalysator | Actydon | Pt C240 | Actydon | Pt C700 | Actydon | Pt M700 | Actydon | Pt 100 B |
|---|---|---|---|---|
| Beschreibung | 20 bis 50 Gew.-% Pt auf Kohlenstoff mit mittlerer Oberfläche | 20 bis 60 Gew.-% Pt auf Kohlenstoff mit großer Oberfläche | 40 bis 50 Gew.-% stabilisiertes Pt auf Kohlenstoff mit großer Oberfläche | Platinpulver mit hoher Oberfläche ( > 97 Gew.-% Pt) |
| Highlight | Leicht zugängliche Pt-Partikel | Optimierte Ausnutzung der Platin-Oberfläche, Hohe ECSA | Verbesserte Stabilität gegenüber Pt-Auflösung | Hohe Leitfähigkeit |
| ECSA | > 60 | > 70 | > 60 | 23– 25 |
| Online verfügbar | Online verfügbar | Informationen anfordern | Online verfügbar |

Alkalische Wasserelektrolyse (AWE)
Der Großteil des heute produzierten Wasserstoffs stammt aus einem Alkaliwasserelektrolyseur (AWE). Diese Technologie gibt es schon seit Jahrzehnten und basiert in der Regel nicht auf Edelmetallen. In vielen Fällen war und ist sie die favorisierte Methode, wobei sich inzwischen einige Bereiche herauskristallisieren, in denen die PEM-Elektrolyse Vorteile aufweist, z. B. wenn es um hohe Schwankungen der Stromeinspeisung geht, wie sie insbesondere für grüne Energie typisch sind.
Wie erwähnt, werden bei der Alkali Wasser Elektrolyse typischerweise keine Edelmetalle eingesetzt. Aufgrund von Versorgungsengpässen bei einigen Materialien – wie Zirkoniumdioxid und Nickel – werden jedoch derzeit auch alternative Materialien in Betracht gezogen, von denen einige Platingruppenmetalle enthalten.
Wenn Sie an dem Beitrag von Edelmetallen für die AWE-Elektrolyse interessiert sind, stehen Ihnen unsere Experten gerne zur Verfügung.

Anion Exchange Membrane Water Electrolysis is considered as an alternative to the use of PEM water electrolyzers for specific operation scenarios. This is mostly based on the option to operate without the use of iridium catalyst on the anode side. The alkaline conditions on the anode provide the option to use non-precious metal catalysts. For the cathode side, on the other hand, no non-precious metal catalyst systems are known that enable the same high efficiency and durability as platinum or platinum-ruthenium alloy catalyst. The use of non-precious metal catalyst reduces both the peak current density by a factor of more than 2 and the durability of the system.

Hochtemperatur-Elektrolyse (SOEC)
Bei der SOE (Solid Oxide Electrolyse, Feststoffoxidelektrolyse) läuft eine SOFC (Solid Oxide Fuel Cell), also eine Feststoffoxid-Brennstoffzelle im reversen Modus. Statt mit der Brennstoffzelle Strom aus Wasserstoff zu gewinnen, wird eine Spannung angelegt und Wasserdampf in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten. Die eigentliche Zelle kann also zu beiden Zwecken genutzt werden: zur Generierung von Wasserstoff ebenso wie zur späteren Verwendung des Wasserstoffs zu Stromrückgewinnung.
In der SOEC (Solid Oxide Electrolyser Cell) bzw. SOFC selbst werden selten Edelmetalle verbaut. Jedoch wird sie oft im Zusammenhang mit industriellen Prozessen eingesetzt, bei denen Abwärme entsteht, weil dann die benötigten hohen Betriebstemperaturen bereits zur Verfügung stehen. In diesen Prozessen sind dann häufig an anderer Stelle edelmetallhaltige Komponenten involviert.
Für die Brennstoffaufbereitung liefert Heraeus katalytische Lösungen für die Reformierung, Wassergasverschiebung oder Gasreinigung z.B. durch Präferentielle Oxidation (PROX) oder Selektive Methanisierung - alles zugeschnitten auf die Bedürfnisse eines unabhängigen dezentralen Anlagenbetriebs. Weitere HeraPur® Reinigungstechnologien finden Sie auf unserer Seite für Gasreinigung oder bei unseren Lösungen für den Brennstoffzellenbetrieb.
Wie bei anderen Elektrolysearten kann auch bei der SOE der Wasserstoff einfach von unerwünschten Bestandteilen gereinigt werden. Mehr hierzu finden Sie unter Wasserstoff-Reinigung.

Produkte aus Platingruppenmetallen (PGM) werden in einer Vielzahl von Anwendungen rund um den Stack eingesetzt, beispielsweise als Präkursoren für die Katalysatorherstellung, in platinisierten PTLs (Porous Transport Layers) oder in katalysatorbeschichteten Substraten (PTE und GDE).
PGM-Salze und -Lösungen dienen als Vorstufen in verschiedenen Beschichtungsverfahren. Sie ermöglichen die Funktionalisierung von Substraten und sorgen für eine verbesserte Haltbarkeit und Leitfähigkeit der Komponenten. Dies führt zu einer erhöhten Betriebssicherheit.

Die folgenden Materialien werden speziell für Elektrolyse-Anwendungen häufig verwendet:

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