Brennstoffzellen attraktiver machen
Brennstoffzellen sind eine saubere Energieform, die über zahlreiche Einsatzmöglichkeiten verfügt. Die zumeist bei niedrigen Temperaturen betriebenen Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzellen (PEMFC) sind im Wesentlichen Batterien, die oft Strom aus gespeicherten Wasserstoffkraftstoff sowie Sauerstoff aus der Luft erzeugen. Die mit dem Transport und der Speicherung von Wasserstoffkraftstoff verbunden Probleme lassen jedoch Alkohol als eine vielversprechende Alternative erscheinen. Die hohe Energiedichte von Alkohol und die relative Einfachheit der Umwandlung in Wasserstoff haben die Erforschung der Onboard-Reformierung in Gang gebracht. Niedertemperatur-Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzellen sind jedoch empfindlich gegenüber Kohlenmonoxidverunreinigungen (CO) des Reformats, wodurch ein zusätzlicher Kraftstoffverarbeitungsschritt notwendig wird. So initiierten Wissenschaftler das EU-finanzierte Projekt "Development of an internal reforming alcohol high temperature PEM fuel cell stack" (IRAFC), um ein kompaktes Brennstoffzellensystem zu entwickeln, das die durch die Brennstoffzelle erzeugte Wärme erneut verwendet, um die Alkoholreformierungsreaktion ohne zusätzlichen Brennstoffprozessor anzutreiben. Bei hohen Temperaturen wird Alkohol reformiert, indem CO-freier Wasserstoff erzeugt wird. Das Projektziel erforderte die Integration eines Reformierungskatalysators und einer Hochtemperatur-Membranelektrodeneinheit, die bei 190 bis 220 Grad Celsius arbeitet. Neue Polymermembranen auf Basis aromatischer Polyether wurden mit Erfolg 700 Stunden lang getestet und zeigten eine verbesserte thermische und chemische Stabilität bei 220 Grad Celsius. Die neu entwickelten Alkoholreformierungskatalysatoren können auf wirksame Weise für 500 Stunden betrieben werden und stellen stabil Wasserstoff für die Anode bereit, wobei sie einen leichten Rückgang ihrer Aktivität aufweisen. Überdies wurden Hochtemperatur-Kompositmaterialien für Bipolarplatten produziert. Die Forscher erkundeten verschiedene Plattengeometrien, um einen optimalen Methanolumsatz zu gewährleisten. Die Hauptbestandteile der IRAFC Einheit, d. h. die Reformer, Membranelektrodeneinheiten, Bipolarplatten und Peripheriegeräte, wurden hergestellt und eine erfolgreiche Systemintegration realisiert. Eine einzelne Zelle einer Hochtemperatur-Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle mit eingebautem dotierten Kopolymer und einem Methanolreformierungskatalysator in der Anode wiesen die Funktionsfähigkeit der Einheit nach. IRAFC setzte kostengünstige Materialien (Elektrolyte, Katalysatoren und Bipolarplatten) sowie Fertigungsverfahren ein, um eine leichtere Einführung des Brennstoffzellensystems auf dem Energiemarkt zu ermöglichen. Zu den Projektverbreitungsmaßnahmen zählten die Projektwebsite, Veröffentlichungen in von Experten begutachteten Fachjournalen sowie Konferenzen. Überdies hat IRAFC eine Patentanmeldung eingereicht.
Schlüsselbegriffe
Brennstoffzellen, Polymerelektrolytmembran, Wasserstoff, Alkohol, Reformierkatalysator