Mehr Reichweite für Brennstoffzellen
Die PEM-Brennstoffzelle ist konzeptionell eine relativ einfache elektrochemische Energieumwandlungsvorrichtung. In der Praxis ist es jedoch nicht so einfach, die Brennstoffzelle über längere Zeiträume zuverlässig unter den erforderlichen Betriebsbedingungen zu betreiben. So beeinflussen hohe Temperaturen (über 100 Grad Celsius) und Feuchtigkeit die Membranleistung, die die richtige Wassermenge benötigt, um zu funktionieren. Das Projekt IMMEDIATE wurde entwickelt, um verbesserte Membran-Elektroden-Einheiten (MEA) für PEM-Brennstoffzellen zu entwickeln, die in einem Temperaturbereich von unter dem Gefrierpunkt bis 120°C bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von 25% funktionieren. Die Mitglieder des Konsortiums bauten auf den Arbeiten des früheren, sehr erfolgreichen IPHE-GENIE-Projekts auf, indem sie Katalysatoren für PEM-Brennstoffzellen entwickelten, die den Einsatz von Platin (Pt) in MEA weiter reduzieren und die Katalysatorleistung und elektrochemische Stabilität erhöhen. Dies wurde durch den Entwurf neuartiger Materialien für Gasdiffusionsschichten und durch die Optimierung der Zusammensetzung und Morphologie sowohl der mikroporösen Schicht als auch der Elektroden erreicht. Die Forscher entwickelten auch neue Ionomere mit hoher Protonenleitfähigkeit und hoher thermischer und dimensionaler Stabilität. Der Evaluierungsprozess konzentrierte sich auf zwei Bereiche: Bestimmen der Leistung und Haltbarkeit der MEA bei ihrem Einsatz in Stadtbussen und Abschätzung der Kosten eines alternativen Antriebsstrangs basierend auf den Kosten der MEA. Neue Kohlenstoffträgermaterialien mit Zwischenoberfläche und optimierter Porenstruktur wurden ebenfalls entworfen und sorgfältig charakterisiert. Darüber hinaus wurden zwei Verfahren zur Katalysatorherstellung entwickelt und für die Herstellung von hochbeladenen Pt-Katalysatoren optimiert, die auf ihre Pt-Beladung, Pt-Größe und Morphologie hin untersucht wurden. Die MEA von IMMEDIATE zeigte eine hervorragende Haltbarkeit über 500 Stunden bei anspruchsvollen Busfahrten. Die Kosten der MEA sind deutlich gesunken, und die geschätzten Gesamtkosten des Antriebsstrangs sind erheblich reduziert, da die Systemteile sehr stark zu den Gesamtkosten beitragen. Darüber hinaus sollten eine verbesserte Betriebstemperatur und Luftfeuchtigkeit die Marktfähigkeit der PEM-Brennstoffzellen-Technologie deutlich erhöhen.
Schlüsselbegriffe
Brennstoffzelle, Protonenaustauschmembran, IMMEDIATE, Membranelektrodenanordnungen, Platin
