Sind Brennstoffzellen so haltbar wie herkömmliche Motoren?
Polymer-Elektrolyt-Brennstoffzellen (PEFC) sind vielversprechend aufgrund ihrer niedrigen Betriebstemperatur und Fähigkeit, ihren Stromleistung maßzuschneidern, um Leistungsanforderungen zu erfüllen. Sie arbeiten mit reinem Wasserstoff und erzeugen Strom mit Null-Kohlenstoff-Emissionen. Während erhebliche Fortschritte bei der Senkung der Kosten und Erhöhung der PEFC-Lebensdauer erzielt wurden, ist das Lebensdauerziel von 40 000 Stunden immer noch in weiter Ferne. Mit finanzieller Unterstützung der EU wollte das Projekt PREMIUM ACT (Predictive modelling for innovative unit management and accelerated testing procedures of PEFC) diese Hürde überwinden. Forscher haben einen innovativen Ansatz angenommen, indem sie Experimente mit einem ursprünglichen mechanistischen Multiskalen-Modell kombiniert haben, um einen Abbau während aller PEFC-Prozesse zu reproduzieren. Dies lieferte neue Erkenntnisse über die Kopplung von Abbaumechanismen in PEFC die Reformat-Wasserstoff nutzen, oder Wasserstoff, der durch katalytische chemische Verfahren gewonnen wurde. Alterungstests an Membran-Elektroden-Einheiten ergaben zwei Arten von Abbau: reversible und dauerhafte Leistungsverluste. Änderungen des elektrochemischen Verhaltens wurden mit in-situ-Verfahren identifiziert. Ex-situ-Verfahren haben dazu beigetragen, die Beziehung zwischen dem lokalen Abbau mit Inhomogenitäten bei den chemischen, physikalischen und strukturellen Eigenschaften von Zellbestandteilen und Zellstapeln auszuwerten. Direkt-stationärer Betrieb von Methanol-Brennstoffzelle und Lastwechseltests haben den Forschern geholfen, die Faktoren zu ermitteln, die den reversiblen Abbau definieren sowie die Bedingungen, die ein Minimum an reversiblen Verlusten gewährleisten. Untersuchungen zum Lastwechsel und den Auswirkungen der Reformat-Brennstoffzusammensetzung ergaben, dass die Kohlenmonoxidkonzentration die reversible Abbaurate erheblich beeinflusst. Die Forscher fanden Alterungsmechanismen, die mit einem Abbau des Anodenkatalysators zusammenhängen, der Platin und Ruthenium enthält. Neue Belege führten zu der Annahme, dass Rutheniumauflösung und Wiederablagerung den Betrieb von PEFC zusammen mit den örtlichen Gegebenheiten beeinflusst. Sie quantifizierten auch Polymerverluste und Transporteigenschaften als eine Beziehung von Betriebsparametern. Die Forschung von PREMIUM ACT erhöhte das aktuelle Verständnis des PEFC-Betriebs und offenbarte Bedingungen, die die Spannungsstabilität verbessern und zur Verlängerung der Lebensdauer der Zelle beitragen. Die Verbesserung der Haltbarkeit von Brennstoffzellensystemen, um 40 000 Stunden Dauerbetrieb sicherzustellen, ist eine große Herausforderung, aber der erste Schritt in diese Richtung wurde bereits gemacht.
Schlüsselbegriffe
Brennstoffzellen, Polymer-Elektrolyt, PREMIUM ACT, Reformat Wasserstoff, Lastwechsel, Kohlenmonoxid, Platin
