AiF-FV-Nummer 23219
Kathoden-Katalysator-Schicht (KKS) basierend auf einem porösen Graphen-Netzwerk mit hoher Korrosionsbeständigkeit und Kompressionsstabilität für die Polymer-Elektrolyt-Membran-Brennstoffzelle
Status & Laufzeit
Laufend: 01.03.2024 bis 31.08.2026
Forschungsstellen
Institut für Umwelt & Energie, Technik & Analytik e. V.
Bliersheimer Str. 58 - 60, 47229 Duisburg
http://www.iuta.deGesellschaft für Angewandte Mikro- und Optoelektronik mbH (AMO)
Otto-Blumenthal-Str. 25, 52074 Aachen
http://www.amo.deZentrum für BrennstoffzellenTechnik gGmbH
Carl-Benz-Str. 201, 47057 Duisburg
http://www.zbt-duisburg.de/
Zusammenfassung
Ziel des vorgeschlagenen Vorhabens ist es, eine signifikante Erhöhung der Stabilität und Lebensdauer bei gleichzeitiger Reduktion des Pt-Bedarfs von Polymer-Elektrolyt-Membran-Brennstoffzellen (PEMFC) zu ermöglichen, um die breite Kommerzialisierung dieser Technologie weiter zu fördern. Dies erfolgt durch die Entwicklung und Demonstration zweier neuartiger Beschichtungsansätze – des Cryo Sprayings inkl. gezieltem Abdampfen des Lösungsmittels bzw. des selektiven Plasma-Ätzens von Komposit-Lack stabilisierten Schichten – zur Herstellung hochaktiver, poröser, spacer-freier, aber zugleich mechanisch stabiler Pt/Graphen (Pt/G)-Kathodenkatalysatorschichten (KKS). Die porositätsoptimierten KKS sind aus Pt-funktionalisierten, deutlich korrosionsbeständigeren und skalierbar herstellbaren Graphen-Flocken aufgebaut und über eine sehr geringe Menge polymerbasierter Netzwerkstabilisatoren vor irreversibler Kompression geschützt. Über diese Ansätze kann - im Gegensatz zu state-of-the-art Pt/G-Schichten - auf inaktive Abstandhalter (spacer) verzichtet werden, welche bei herkömmlichen Beschichtungsverfahren mit Anteilen bis zu 50 Gew.-% eingesetzt werden müssen, um trotz der blattartigen Form der Graphene ausreichend poröse Strukturen ausbilden zu können. Durch diese innovativen Beschichtungsansätze kann erstmals das komplette Potential sehr positiver Eigenschaften von Pt/G (überlegene Alterungsbeständigkeit sowie hohe elektr. und therm. Leitfähigkeit) vollumfänglich in der PEMFC ausgeschöpft werden. Aufgrund der steigenden Nachfrage nach PEMFC-Technologien ist der Einstieg und die langfristige Positionierung vor allem von KMU in diesem Marktsegment wirtschaftlich sehr attraktiv. Ausgehend von den hier generierten Ergebnissen von der Graphen-Herstellung bis hin zur Beschichtung, sollen KMUs perspektivisch zur Serienfertigung von Pt/G-KKS auf Rolle befähigt werden und die gesamte Prozesskette (Herstellung Graphen-basierter Katalysatoren, Anlagenbau, CCM-Fertigung) abbilden können.
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.