AiF-FV-Nummer 23660

Optimierung der BPP/GDL Grenzfläche und Verbesserung des Wassermanagements zur Erhöhung der Leistungsdichte und Lebensdauer von PEMFC

Status & Laufzeit

Ausstehend

Forschungsstellen

Zusammenfassung

Als wesentliche Komponenten von Elektrolyseuren (EL) und Brennstoffzellen (BZ) bestimmen Bipolarplatten (BPP) maßgeblich den Wirkungsgrad von H2-basierten Energiesystemen. Entscheidend für den Wirkungsgrad der BBP ist der Kontakt zur Gas-Diffusions-Schichten (GDS) sowie die Lebensdauer der BBP. In der Kontaktebene der BPP zur GDS kommt es zum Auskondensieren des Produktwassers, das zu einer Blockade eines Teils der aktiven Fläche führt. Dadurch kann H2 ortsselektiv nicht umgesetzt werden, was zum einen den Energieumsatz der BZ signifikant reduziert als auch die Lebensdauer der BPP. Ziel des vorliegenden Projektes ist es, mittels geeigneter Laser-Strukturierung der BPP, den Wirkungsgrad und die Lebensdauer der BZ und EL zu steigern. Dies kann durch einen verbesserten Abtransport von Produktwasser, verbesserter Verteilung der Reaktanden und verringertem Kontaktwiderstand der BPP-GDS-Grenzfläche realisiert werden. Um den Optimierungsprozess mit Messdaten zu stützen, erfolgt eine umfassende Analyse, die elektrochemische Charakterisierung und die in-situ Untersuchung der Wasserverteilung der BPP-GDS-Systeme in definierten Betriebszuständen. Für Anwender und Hersteller ergibt sich eine Verbesserung der Produkte durch eine Erhöhung der Leistungsdichte von über 30 % wodurch materielle Einsparungen infolge einer geringeren erforderlichen Zellanzahl des BZ-Stapels möglich ist und der Einsatz kostenintensiver BPP und MEA (Platin) reduziert wird. Von den Ergebnissen können, neben Herstellern von Compound-Halbzeugen und -Produkten, KMU mit Expertise in der Laservorbehandlung von Oberflächen profitieren. Eine Überführung der gewonnen Erkenntnisse hinsichtlich Oberflächenveränderungen ist für Unternehmenszweige entlang der kompletten Prozesskette metallischer Umformung von wirtschaftlicher Bedeutung. Die gewonnenen Erkenntnisse aus dem Wassermodell ermöglichen KMU im Bereich der H2-Antriebe und -Infrastruktur ihre Produkte zu optimieren und neue Geschäftsfelder zu erschließen.