Neue Materialien für Brennstoffzellen in Fahrzeugen
Brennstoffzellen haben enormes Potenzial für die künftige Fahrzeugindustrie und können die Entwicklung von Elektrofahrzeugen vorantreiben, da sie die Reichweite deutlich verlängern. Allerdings sind Leistungsdichte, Kosten und Lebensdauer noch wichtige Herausforderungen für die künftige Markteinführung. Das EU-finanzierte Projekt IMPACT (Improved lifetime of automotive application fuel cells with ultra-low Pt-loading) stellte sich dieser Herausforderung durch Verbesserungen bei der Membran-Elektroden-Einheit (membrane electrode assembly, MEA) – der Kernkomponente von Brennstoffzellen für Fahrzeuge. Die Projektpartner entwickelten MEA mit extrem niedriger Platinbeladung (weniger als 0,2 g pro Quadratzentimeter). Auch wurde die Langzeitstabilität der neuen Katalysatoren verbessert, mit dynamischem Betrieb auch nach 5.000 Stunden, Abbauraten von unter 10 μV/h und einer Leistungsdichte von 1 W/cm2. Die Projektpartner erhöhten die elektrochemische Stabilität des Anodenkatalysators bei unterschiedlicher Betriebstemperatur und Luftfeuchtigkeit. Mit einem Pt-Kobalt-Kathoden-Elektrokatalysators konnten die für Leistung und Stabilität der MEA festgelegten Projektziele erreicht werden. Um die Leistung der Zellen zu erhöhen, entwickelte man 10 μm dicke, ebenfalls chemisch stabilisierte Membranen, um die Korrosionsbeständigkeit zu erhöhen und die Wasserstoffdurchlässigkeit zu verringern. Weiterhin wurde an der Entwicklung von Ionomeren für die Katalysatorschichten gearbeitet. Entsprechend den Projektvorgaben wurde intensiv an Degradationsprozessen in solchen MEA und Zusammenhängen zwischen Degradation, Lebensdauer und Pt-Beladung geforscht. Mit detaillierten Ex-situ- und In-Situ-Analysen der neuen Materialien konnten die Abbaumechanismen besser erklärt werden. IMPACT trug dazu bei, die Lebensdauer von MEA mit reduzierter Platinbeladung bei normalem Fahrzeugbetrieb weiter zu verbessern. Die Entwicklung von MEA mit reduzierter Platinbeladung ist Voraussetzung für eine breite Markteinführung, da Pt einer der größten Kostenfaktoren bei solchen Komponenten ist.
Schlüsselbegriffe
Brennstoffzellen, Platin, Fahrzeuge, IMPACT, Membran-Elektroden-Einheit, Pt-Beladung
