Langlebige Brennstoffzellen
Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) ist eine hocheffiziente Stromerzeugungstechnologie, welche zugleich die im Verfahren entstehende Wärme auffängt und nutzbar macht. KWK-Anlagen können Wirkungsgrade von über 80 % erreichen, im Vergleich zu den 40 – 50 % Wirkungsgrad konventioneller Gas- und Dampfturbinen (GuD) oder Kohlekraftwerke. Außerdem ist das KWK-Verfahren sowohl mit erneuerbaren als auch fossilen Energiequellen kompatibel. Als ein wichtiger Markt für FCs werden kleine bzw. Mikro-KWK-Anlagen für Wohnhäuser und Gebäude gesehen. Insbesondere Niedrigtemperatur-FCs mit Protonenaustauschmembran (LT PEMFC) sind vielversprechend, ihre Betriebsdauer muss jedoch auf mindestens 40.000 Stunden erhöht werden. Wissenschaftler initiierten das EU-finanzierte Projekt "Keepemalive", um ihre Kenntnisse über Leistungsab- und -ausfälle zu erweitern und die benötigte Betriebsdauer zu vertretbaren Kosten ohne Leistungseinbußen zu realisieren. Um die Leistung eines Produkts zu prüfen, von dem bei Dauerbetrieb eine Gesamtlebensdauer von vier bis fünf Jahren erwartet wird, müssen beschleunigte Belastungstests (ASTs) durchgeführt werden. Ein wichtiger Teil der Arbeit von "Keepemalive" ist daher die Entwicklung besserer AST-Protokolle. Diese wurden definiert, um die Hauptfaktoren, Zusammenhänge und tatsächlichen Veränderungen von PEMFC-Materialeigenschaften im Zusammenhang mit Leistungsverlusten zu identifizieren und zu quantifizieren. Elektrokatalysatoren wurden unter betriebsähnlichen Start-, Lastwechsel- und Abschaltbedingungen verschiedenen Tests unterzogen, etwa zur beschleunigten Katalysatordegradation (Verlust der elektrochemischen Oberfläche, ECSA). Derzeit entwickeln die Wissenschaftler ein mathematisches Modell für experimentelle ex situ Degradationsstests. Für die Membran-Elektrodeneinheiten (MEAs) wurden geeignete Katalysatormaterialien ermittelt. Durch Einbindung bestimmter Zusatzstoffe konnte der von Eisen (Fe)/ Wasserstoffperoxid (H2O2) induzierten chemischen Abbau in der Membrane verringert und eine langlebigere, konkurrenzfähige MEA erzeugt werden. Dauerhaftere Mikro-KWK-Anlagen bedeuten mehr Leistungsausbeute für die Investoren und sollten Verbraucher ermutigen, Mikro-KWK-Systeme zu installieren. Der verstärkte Einsatz von LT PEMFC-Technologie reduziert die Emissionen aus stationärer Stromerzeugung und ermöglicht den Wechselbetrieb mit weniger stetigen, erneuerbaren Energiequellen wie der Windkraft.
