Neue Materialien für effiziente, kostengünstige Methanol-Brennstoffzellen
Im Rahmen des Projektes DURAMET (Improved durability and cost-effective components for new generation solid polymer electrolyte direct methanol fuel cells) entwickelten EU-finanzierte Wissenschaftler Komponenten, um die Stack-Kosten zu senken und die Leistung und Haltbarkeit zu verbessern. Zielanwendungen sind tragbare Stromquellen und Hilfstriebwerke (APU) für den stationären und mobilen Einsatz. Um die neue Materialien und Produkte angemessen zu charakterisieren, entwickelten die Wissenschaftler beschleunigte Alterungstests und Testprotokolle. Diese stehen der Öffentlichkeit jetzt über die Projekt-Website zur Verfügung. Die Forscher entwickelten neue kostengünstige Membranen sowohl für den Nieder- als auch für den Hochtemperaturbetrieb. Die neuen Membranen zeichnen sich durch eine hohe Protonenleitfähigkeit, geringes Methanol-Crossover und eine Stabilität für einen weiten Temperaturbereich aus. Die Aktivitäten der Forscher umfassten die Membranpräparation, die Ex-situ-Charakterisierung sowie die Skalierung der vielversprechendsten Membranformulierungen für Stack-Tests. Verbesserte Elektrokatalysatoren mit verbesserter Elektrodenkinetik führten zu geringerer Degradation, weniger Kosten und einem sparsameren Einsatz von Edelmetallen. Die neu entwickelten Verbundanodenelektrokatalysatoren steigerten die Leistung um ca. 20-30% bezogen auf handelsübliche Katalysatoren. Ähnliche Ergebnisse wurden mit den Kathodenkatalysatormaterialien erreicht. Modellierungsarbeiten unterstützten die Suche nach und die Optimierung von verbesserten Formulierungen der Membranelektrodenanordnung und der Betriebsbedingungen für die Stacks. Zwei Arten von kleinen Stacks wurden entwickelt und getestet: eine monopolare Konfiguration für niedrige Temperaturen in einem passiven Modus für tragbare Anwendungen sowie eine bipolare Konfiguration für den Hochtemperaturbetrieb bei APU. Die Ausgangsleistungen beider Stacks übertrafen die Projektziele. Die Forscher führten auch eine Kostenanalyse durch, um zu bewerten, wie die Verbesserungen der Komponenten-Materialien die Massenproduktion von Brennstoffzellen-Stacks beeinflussen können. Durch eine günstige und stabile Energieversorgung bieten sich Direktmethanol-Brennstoffzellen für portable Anwendungen und kleine Geräte als eine sehr vielversprechende Alternative zu Batterien an. Die Automobilindustrie könnte zuverlässige und erschwingliche APU in Spezialfahrzeugen und Lastkraftwagen installieren, die im Vergleich zu APU auf Basis von kleinen Dieselgeneratoren wettbewerbsfähiger sein werden. Die Projektergebnisse wurden über die Projekt-Website, in Veröffentlichungen, bei Konferenzen, Workshops und mittels einer Broschüre verbreitet.
Schlüsselbegriffe
Brennstoffzellen, Direktmethanol-Brennstoffzellen, bewegliche Energie, Hilfsaggregate, Elektrokatalyse
