Ein Elektrolyseur ist ein elektrochemisches System, das durch Anlegen elektrischer Energie chemische Bindungen spaltet, typischerweise zur Erzeugung von Wasserstoff durch Wasserelektrolyse. Aus werkstoffwissenschaftlicher Sicht sind Elektrolyseure komplexe Verbundsysteme aus Elektroden, Elektrolyten, Katalysatoren, Dichtungen und Bipolarplatten, deren Leistungsfähigkeit, Effizienz und Lebensdauer maßgeblich von der Werkstoffwahl und deren Degradation abhängen.

Bei PEM‑Elektrolyseuren (Proton Exchange Membrane) dient eine perfluorierte Protonenleitmembran als fester Elektrolyt. Anoden- und Kathodenmaterialien basieren häufig auf edelmetallhaltigen Katalysatoren (z.B. IrO₂, Pt) auf korrosionsbeständigen porösen Trägern. Zentrale Herausforderungen sind chemische Stabilität der Membran bei hohen Stromdichten, Sauerstoffradikalbildung und mechanische Ermüdung durch Druck- und Feuchtezyklen.

AEM‑Elektrolyseure (Anion Exchange Membrane) verwenden anionenleitende Polymermembranen und ermöglichen prinzipiell den Einsatz edelmetallarmer Katalysatoren (z.B. Ni‑basierte Legierungen). Kritisch sind hier die Alkalistabilität der Membran (Abbau von kationischen Gruppen), die Karbonatisierung durch CO₂ sowie die Korrosion von metallischen Komponenten in alkalischer Umgebung.

In klassischen alkalischen Wasserelektrolyseuren kommen konzentrierte KOH‑ oder NaOH‑Lösungen als flüssige Elektrolyte zum Einsatz. Elektroden bestehen meist aus Ni‑ oder Ni‑Fe‑Legierungen mit strukturgebenden Beschichtungen. Korrosionsbeständigkeit, Blasenablösung an der Elektrodenoberfläche und die Stabilität poröser Diaphragmen sind zentrale werkstoffliche Aspekte.

Über alle Typen hinweg bestimmen Mikrostruktur, Oberflächenchemie und Grenzflächenstabilität der eingesetzten Werkstoffe Degradationsmechanismen wie Korrosion, Katalysator-Sinterung, Delamination und Gasdurchtritt. Fortschritte in der Entwicklung korrosions- und strahlungsbeständiger Polymere, nanostrukturierter Katalysatoren sowie beschichteter metallischer Bipolarplatten sind entscheidend, um Effizienz und Lebensdauer von Elektrolyseuren für den großtechnischen Einsatz in der Wasserstoffwirtschaft zu erhöhen.