Alternative Materialien für Elektroden in Brennstoffzellen
Hochtemperatur-Polymerelektrolyt-Membran-Brennstoffzellen (HT-PEMFC), die mittels Diesel- oder Methanol-Reformierung aus Wasserstoff Strom erzeugen, wecken derzeit großes Interesse. Mit ihrer höheren Betriebstemperatur - in der Regel 150 bis 180 °C - könnten kleinere und kostengünstigere kombinierte Reformer produziert werden. Ein HT-PEMFC-Generator eignet sich für Fahrzeuge, die mit herkömmlichen Flüssigbrennstoffen wie Benzin und Methanol arbeiten. Das EU-finanzierte Projekt ARTEMIS (Automotive PEMFC range extender with high temperature improved MEAs and stacks) konzipierte für die Fahrzeugindustrie einen solchen HT-PEMFC-Stack mit einer Betriebstemperatur von mindestens 130 °C. Entwickelt wurden alternative Materialien für MEAs, die in einen elektrischen 3 kW HT-PEMFC Stack eingebaut werden. Grundlage der MEAs sind Membranen aus synthetischen Fasern mit hohem Schmelzpunkt und optimierten katalytischen Schichten. Bei niedrigeren Lasten zeichnen sich diese durch größere Effizienz bei hohen Temperaturen und bessere Toleranz gegenüber Schadstoffen wie Kohlenmonoxid aus. Das ARTEMIS-Team produzierte erstmals MEAs mit handelsüblichen Referenzmaterialien und integrierte die neuen Komponenten dann nach und nach in die MEAs, um die Kompatibilität zu beurteilen. Für die Charakterisierung und Validierung der Materialien und Komponenten wurden entsprechende Protokolle erstellt, die die mechanische Festigkeit, chemische Stabilität und Leitfähigkeit der neuen Leichtbaustoffe bestätigten. Ein weiterer Schwerpunkt war die Entwicklung von hochsäuredotierten Polymermembranen, Trägern und Anoden-/ Kathodenkatalysatoren für Temperaturen von 150 bis 180 °C. Damit ließ sich die Platin-Metall-Katalysatorlast im Vergleich zu bisher in HT-PEMFC verwendeten Katalysatoren deutlich senken. Zum einen räumte ARTEMIS damit Probleme beim Einsatz von Brennstoffzellen in Fahrzeugen aus, die Ergebnisse können aber auch für Spezialfahrzeuge, verteilte Stromerzeugung und sogar APUs (accelerated processing units) relevant sein. Im Rahmen von Forschung und Entwicklung soll nun die Demonstration in MEAs, Stacks und auf Subsystem- und Systemebene erfolgen.
Schlüsselbegriffe
Brennstoffzellen, MEA, HT-PEMFC, Wasserstoff, ARTEMIS
