Entwicklung leistungsfähigerer Brennstoffzellen
Brennstoffzellen sind sehr effizient, da sie chemische Energie aus Wasser- und Sauerstoff in Strom umwandeln und als Nebenprodukte lediglich Wasser und Wärme erzeugen. Um die Effizienz zu verbessern, können die Zellen in Serie und Parallelschaltkreisen angeordnet werden – dem sogenannten Brennstoffzellenstack. In einem gemeinsamen Projekt entwickeln europäische Forscher nun eine hocheffiziente Polymerelektrolytbrennstoffzelle (PEFC). Das Projekt IGDL/GFC (Interaction between the gas diffusionlayer and the gas flow channel of polymer electrolyte fuel cell) untersuchte Brennstoffzellen und Wasserstofftechnologien für die Entwicklung eines integrierten Systems zur Erzeugung von Wasserstoff und Energie. Das EU-finanzierte Projekt entwickelte und baute einen hocheffizienten Stack für den Antriebsstrang des Prototypen eines brennstoffzellengetriebenen Fahrzeugs. Vorgesehen ist, dieses Fahrzeug am jährlich stattfindenden Shell Eco-Marathon teilnehmen zu lassen, auf dem die beste Treibstoffeffizienz ausgezeichnet wird. PEFC sind am besten für niedrige Leistung und Verkehr geeignet, allerdings wird noch an der Verbesserung der Langlebigkeit und Fahrstabilität gearbeitet. Vor allem konzentrierte man sich auf den Transport des Wassers innerhalb der Brennstoffzelle, das, wenn es nicht ordnungsgemäß abgeleitet wird, die Zelle fluten kann. Entscheidend ist der richtige Feuchtigkeitsgehalt im Innern der Brennstoffzelle, um die Polymerelektrode mit Wasserstoff zu versorgen. Außerdem sind zwei Komponenten der Brennstoffzelle und deren Wechselwirkung von Bedeutung für das Wassermanagement in der Zelle: die Gasdiffusionsschicht (Gas Diffusion Layer, GDL) unterstützt die Elektrode, und der Gasströmungskanal (Gas Flow Channel, GFC) verteilt das Gas über dem aktiven Bereich der Elektrode. Die Projektpartner entwickelten eine Modellzelle und untersuchten den Wasserstrom in Gasdiffusionsschicht und Gasströmungskanal unter sorgfältig kontrollierten thermischen und Strömungsbedingungen. Auf dieser Basis wurden die vielen verschiedenen Faktoren weiter untersucht, die dazu führen können, dass die Brennstoffzelle geflutet wird. IGDL/GFC trägt somit dazu bei, das Design von Brennstoffzellen zu verbessern und optimale Betriebsbedingungen für die Minimierung des Energieverbrauchs zu ermitteln. Das Projekt vermittelte den Forschern wertvolle Einblicke in die Elektrochemie von Brennstoffzellen und das Design von Brennstoffzellenstacks. Zugleich stärkte es die europäische Wettbewerbsfähigkeit bei der Entwicklung von Methoden zur umweltfreundlichen Energieerzeugung.
