Lebensdauer Limitierungen von Brennstoffzellen-Membranen: Mechanismen, Methoden und Innovation

• Forschungsstelle: BFE
• Projektnummer: 102245

Schlüsselwörter (Deutsch)

TP0076;F-Brennstoffzellen

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Gegenwärtig ist die kommerzielle Einführung der Polymerelektrolyt Brennstoffzellen-Technologie u.a.
limitiert durch die hohen Kosten der Membran-Elektroden Einheit und deren ungenügende
Langzeitstabilität. Die Membran unterliegt dabei verschiedenen Degradationsmechnismen,
chemischen und mechanischen, in der Zelle.
Die Zielsetzung der Arbeit ist, Membran-Degradationsmechanismen zu ermitteln und zu bestimmen,
wie die Schädigungsrate von Betriebsbedingungen und Membran-zusammensetzung abhängt. Diese
Quantifizierung der Degradationsprozesse erlaubt es, beschleunigte Alterungsversuche an
Membranen durchzuführen und damit den Probendurchsatz deutlich zu erhöhen. Damit werden die
Innovationszyklen signifikant kürzer. Die Entwicklung von Methoden umfasst ferner Post-Mortem
Diagnostik, um das Ausmass der Membrandegradation qualitativ und quantitativ in einer Auflösung im
Millimeterbrereich, was den Dimensionen des Flussfeldes entspricht, zu bestimmen.

Publikationen / Ergebnisse (Deutsch)

Das Projekt ‚Lebensdauer Limitierungen von Brennstoffzellen-Membranen’ ist eine Doktorarbeit, die am PSI stattfinden soll im Rahmen des vom BFE unterstützten ’PSI Membran’ Programmes zur Entwicklung neuartiger Brennstoffzellen-Membranen. Die Dissertation ist seit Projektbeginn ausgeschrieben und es wurden bereits verschiedene Bewerber evaluiert, doch konnte sie Stellung bisher nicht besetzt werden. Im Rahmen einer 6-monatigen Diplomarbeit konnten Vorversuche zum Problemkreis’Membranalterung’ durchgeführt werden. Ein Thema der Arbeit bestand darin, PSI Membranen (vernetzte und unvernetzte) und kommerzielle Membranen (Nafion® 112) bei Bedingungen erhöhter chemischer und mechanischer Beanspruchung in der Brennstoffzelle zu betreiben. Das Ziel hierbei war, eine beschleunigte Alterung herbeizuführen, um bereits nach einigen hundert Stunden Aussagen machen zu können über die Stabilität der Membranen. Bei ’normalen’ Betriebsbedingungen können Lebensdauertests mehrere tausend Stunden dauern, ein hoher Durchsatz an Proben ist somit nicht möglich, was wiederum zu langen Innovationszyklen führt. Der Kontakt und Gedankenaustausch mit Fachkollegen auf internationalen Tagungen und Workshops hat gezeigt, dass die Alterung von Brennstoffzellen-Komponenten ein vielbeachtetes Thema ist und zahlreiche Arbeiten auf diesem Gebiet durchgeführt werden. An den internationalen Konferenzen werden stets eigene Themenblöcke zur Alterung von Membran, Katalysatoren, usw. gebildet. Seit 3 Jahren gibt es sogar eine eigene Tagung ‚Fuel Cells – Durability & Performance’. Das PSI ist aktiv vertreten in dem EU Projekt CARISMA, wo es um Alterung und Materialien für höhere Betriebstemperaturen (120 – 180 °C) geht.

Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
Paul Scherrer Institut

Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Gubler,L.
Scherer,Günther G.

Zugehörige Dokumente

• Lebensdauer Limitierungen von Brennstoffzellen-Membranen: Mechanismen, Methoden und Innovationen - Jahresbericht 2007 [PDF] 83 kB