Langlebige Brennstoffzellen für stationäre Anwendungen
FC sind elektrochemische Umwandlungsvorrichtungen, die Strom durch die chemische Reaktion zwischen einem Brennstoff, wie Wasserstoffgas (H2) und dem Sauerstoff in der Luft, erzeugen. Als solches handelt es sich um einen elektrochemischen Umwandlungsprozess, jedoch ohne Verbrennung, fossile Brennstoffe oder Partikelemissionen, und als Nebenprodukt entsteht nur Wasser. Weiterhin sind FC effizient, leise und ohne bewegliche Teile, was bedeutet, es gibt keine Reibung und damit keinen damit verbundenen Abrieb. Protonenaustauschmembran-FC (PEM-FC), die auch Polymerelektrolytmembran-FC genannt werden, sind zur Zeit die führende Technologie für Automobilanwendungen. Die Forschung hat sich auf Low-Cost-Produktionstechniken und Lebensdauern von 5 000 Stunden konzentriert. Da stationäre Anwendungen, lange Lebensdauer und verringerte Wartungskosten oft wichtiger als Erstinvestition sind. Das EU-finanzierte Projekt STAYERS (STAYERS Stationary PEM fuel cells with lifetimes beyond five years) befasst sich mit dem Langlebigkeit (mehr als 40 000 Stunden Dauerbetrieb) und minimiertem Verschleiß. In den letzten sechs Monaten der Berichtszeit konzentrierten sich die Wissenschaftler auf das Vervollständigen und die Analyse von Daten aus beschleunigten Alterungstests und den abschließenden Feldtests. Die Arbeit umfasste eine post-mortem-Analyse der vielversprechendsten Kombinationen nach der Demontage. Zwei mit verbesserten Verfahren hergestellte Membranen waren Gegenstand der Endprüfung. Die Verbesserungen beseitigen Nachbehandlung, erleichtern die Produktion in Rollen anstatt in Blätter und integrieren Radikalfänger. Die Membranen wurden in Membran-Elektroden-Einheiten (MEA) der dritten und vierten Generation und anschließend in FC-Stapeln in unterschiedlichen Kombinationen integriert, einschließlich eines Regenbogenkonzepts mit zahlreichen MEA-Variationen innerhalb eines Stapels. Stapel-Feldtests haben auf irreversible Abbaumechanismen hingewiesen, aber der reversible Verschleiß wird noch untersucht. Allerdings hat eine MEA-Zusammensetzung diese deutlich gesenkt. Zusätzlich wurde die Empfindlichkeit der MEA gegenüber Verunreinigungen im Einsatzmaterial H2 nicht durch beschleunigte Alterung beeinträchtigt, während erhöhte Empfindlichkeit gegenüber Luftverunreinigungen den Betrieb beeinträchtigt. Dennoch ist MEA mit der kleinsten Veränderung mit den Projektzielen vereinbar. Alle Stapel wurden entnommen und analysiert und der vorherrschende Abbaumechanismus wurde hervorgehoben. Die Projektergebnisse sollten Europa als Weltmarktführer bei FC und Wasserstofftechnologien positionieren, Geschäftsmöglichkeiten schaffen und einen Beitrag zur Verringerung der Emissionen und der damit verbundenen Klimawirkung leisten. Lange Standzeiten reduzieren die Betriebskosten und ermöglichen dadurch wirtschaftliche Machbarkeit. Ein gutes Beispiel ist die Anwendung von PEM-Kraftwerken in MW-Größe, die Abfallwasserstoff in "sauberen" Strom konvertieren.
Schlüsselbegriffe
Brennstoffzellen, PEM, Abbau, Langlebigkeit, Wasserstoffgas, beschleunigte Alterung, Membranelektrodenanordnungen
