Neue Materialien für Hochtemperatur-Brennstoffzellen

Hochtemperatur-Polymer-Elektrolyt-Membran-Brennstoffzellen (HT PEMFC), die mithilfe von Diesel oder Methanolreformierung aus Wasserstoff Strom erzeugen haben das Interesse an On-Board-Ladegeräten geweckt. Im Vergleich zu herkömmlichen PEMFC, die bei relativ niedrigen Temperaturen arbeiten, bieten sie erhebliche Vorteile, darunter eine hohe Schadstofftoleranz, verringerte Komplexität und die Vermeidung befeuchteter Gase. Allerdings müssen für den Hochtemperaturbetrieb alle Stack-Materialien verbessert werden.

Vor diesem Hintergrund förderte die EU das Projekt ARTEMIS ("Automotive pemfc range extender with high temperature improved meas and stacks". Das Projekt entwickelt alternative Materialien für eine neue Generation von MEA für die Integration in einen HT-PEMFC-Stapel mit 3kWe. Die MEA werden auf neuen Membranen aus synthetischen Fasern mit einem hohen Schmelzpunkt und verbesserten katalytischen Schichten beruhen. Letztere erfordern eine geringere Belastung und einen hohen Wirkungsgrad bei hohen Temperaturen sowie eine hohe Toleranz gegenüber Verunreinigungen.

Erhebliche Anstrengungen richteten sich bisher auf die Festlegung von Protokollen für Charakterisierung, Screening und Validierung der zu entwickelnden Materialien (Membranen, Katalysatoren und Stapelkomponenten). ARTEMIS hat zunächst MEA für kommerzielle Materialien hergestellte und dann nach und nach die neu entwickelten Komponenten in diese MEA integriert, um ihre Verträglichkeit zu beurteilen. Die neu entwickelten Materialien sind leicht, behalten aber gleichzeitig ihre mechanische Festigkeit, chemische Beständigkeit und Leitfähigkeit.

Der Fokus lag auf der Entwicklung von hochsäuredotierten Polymermembranen sowie Anoden- und Kathodenkatalysatoren und Trägern, die hohen Temperaturen standhalten können. Darüber hinaus trieben die Wissenschaftler die Entwicklung von Kohlenstoff-Polymer-Zellplatten voran. Die Ergebnisse aus den Material- und MEA-Tests sollten den Wissenschaftlern ermöglichen, die erforderlichen Fertigungsschritte zu verstehen, um höhere Leistungen in einem stationären Modus zu erzielen.

Brennstoffzellen tragen zum Erreichen der ehrgeizigen 2020-Ziele der EU zur Reduzierung der Treibhausgasemissionen und Verbesserung der Energieeffizienz bei. In dieser Hinsicht macht ARTEMIS deutliche Fortschritte bei der Entwicklung von Hochleistungswerkstoffen, die in PEMFC-Stacks für den Betrieb bei hohen Temperaturen integriert werden können.