AiF-FV-Nummer 19818 N

Entwicklung von zwischen hydrophilem und hydrophobem Zustand magnetisch schaltbaren Schichten zur Verbesserung des Wassertransports in PEM-Brennstoffzellen (HYDROMAG)

Status & Laufzeit

Abgeschlossen: 01.01.2018 bis 30.06.2021

Forschungsstellen

Zusammenfassung

Ziel dieses Vorhabens ist es, über magnetisch schaltbare Strukturen auf der mikroporösen Schicht (MPL) und / oder der Kathoden-Katalysatorschicht (CCL) das Wassertransportverhalten von PEMFC-Kathoden erstmals lokal einstellbar zu gestalten. Damit soll für unterschiedliche Betriebszustände (Stromdichte, Befeuchtung) jeweils ein verbesserter Wassertransport und damit eine bessere Leistung und höhere Lebensdauer der Zelle erreicht werden. Zu der hier angestrebten Lösung der Problematik des Wasserhaushalts sollen beschichtete Magnetit-Partikel aufgebracht werden, die durch ein angelegtes Magnetfeld aus einer ungeordneten in eine geordnete Struktur wechseln und so die Oberflächeneigenschaften zwischen hydrophil und hydrophob verändern. Erstmalig wird eine Schaltbarkeit zwischen hydrophilem und hydrophobem Charakter des Gasdiffusionssystems (GDS) und / oder der CCL gegeben sein, die eine lokale, geeignete und schnelle Anpassung der Benetzbarkeit (bzw. des Kontaktwinkels) an die jeweiligen Betriebsbedingungen erlaubt. Dies wird jeweils sowohl für eine lokale als auch eine ganzflächige Modifikation untersucht. Daraus ergeben sich folgende Vorteile für MEAs und PEM-Brennstoffzellen: 1. Verbesserter Wassertransport und bessere Leistung der Zelle 2. Erhöhte Lebensdauer aufgrund verbesserten Wassertransports 3. Vereinfachung von Brennstoffzellen-Systemen (da keine Befeuchter notwendig 4. Kostensenkung von Brennstoffzellen und -Systemen (Vereinfachung, Lebensdauer) Wenn es innerhalb des Vorhabens gelingt, definiert schaltbare Schichten herzustellen, so bedeutet das einen großen Innovationssprung mit Wettbewerbsvorteilen für alle KMU, die bei der Herstellung von BZ-Komponenten (GDL, CCM, Membranen, GDE), wie auch bei der Fertigung kompletter BZ-Stacks involviert sind. Insbesondere Zulieferer für BZ-Fahrzeuge profitieren von der neu erworbenen Technologie, da gerade bei der mobilen Anwendung mit hoher Dynamik extreme Probleme im herkömmlichen Wassermanagement auftreten.

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.

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