AiF-FV-Nummer 16325 N

Evaluierung der kathodenseitigen Schädigungsmechanismen durch partikuläre und gasförmige Luftschadstoffe mit Hilfe von elektrochemischen Messmethoden zur Standzeiterhöhung von PEM-Brennstoffzellen

Status & Laufzeit

Abgeschlossen: 01.12.2009 bis 29.02.2012

Forschungsstellen

Zusammenfassung

Im Projekt wurden wichtige Schädigungsmechanismen und insbesondere Angriffsorte der Schädigung unterschiedlicher partikulärer und gasförmiger Luftschadstoffe an PEM-Brennstoffzellen identifiziert. Dazu diente unter anderem ein im Rahmen des Forschungsvorhabens konzipierter und realisierter Versuchsstand zur längerfristigen, parallelen Beaufschlagung mehrer Brennstoffzellen mit innerstädtstischer Umgebungsluft, die unter anderem von Emissionen des motorisierten Straßenverkehrs geprägt ist. Darüber hinaus fand die Aufnahme von Spannungs-Zeitkurven sowie Untersuchungen der elektrochemischen Impedanzspektroskopie im Labor statt. Die Evaluierung der Schädigungsmechanismen erfolge durch typischerweise anzutreffende partikuläre und gasförmige Luftschadstoffe, wie beispielsweise dissoziierbare Salze und Stickoxide. Somit konnte der direkte Zusammenhang zwischen Spannungsschwankungen der Brennstoffzelle und aufgetretenen Schadstoffkonzentrationen hergestellt werden. Eine Modelbildung mit anschließendem Fitting der Messdaten verifizierte die Ergebnisse. Weiterhin wurden geeignete neuartige Filtersysteme ausgewählt und in Feldversuchen getestet. Während Schwefeldioxid die aktiven Katalysatorflächen komplett belegt und zur irreversiblen Schädigung der BZ führt, setzen sich Stickstoffmonoxid und -dioxid hauptsächlich an der Katalysator-Ionomer-Zwischenfläche fest. Dieses führt zur Sauerstoffdiffusionshemmung und somit zu einer reversiblen Spannungsabnahme der Brennstoffzelle. Die durchgeführten Feldversuche ergaben ähnliche Ergebnisse. Durch Einsatz eines Filtermediums konnten kurzfristig auftretende, deutliche Spannungsabnahmen ausgehend von Konzentrationsspitzen der Schadkomponenten im Gas (Peaks) verhindert werden. Auch die Langzeitdegradation des BZ-Stacks wurde mit Filter verringert. Eine Degradation durch Partikelmaterial kann mit Partikelfiltern zuverlässig verhindert werden und somit eine deutliche Steigerung der Lebensdauer von PEM-Brennstoffzellen erreicht werden. Die im Projekt ermittelten Ergebnisse liefern wichtige Aussagen für den Praxiseinsatz künftiger PEM-Brennstoffzellensysteme, insbesondere auch für den Einsatz im mobilen Bereich. Die Ergebnisse der im Forschungsvorhaben durchgeführten Untersuchungen geben wichtige Informationen zum Verhalten von PEM-BZ unter schadgas- und partikelbelasteter Zuluft und können u. a. von kleineren und mittleren Unternehmen für zielgerichtete Weiterentwicklungen von BZ-Systemen sowie ihrer Peripherie-Geräte genutzt werden. Das angestrebte Forschungsziel wurde erreicht.

Förderhinweis

Das Forschungsvorhaben der Forschungsvereinigung Umwelttechnik wird / wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

Dokumente