IEA AFC Annex 31: Air Starvation Induced Degradation in Polymer Electrolyte Fuel Cells (2017)

Während die Unterversorgung der Brennstoffzelle mit Wasserstoff aufgrund der direkten Auswirkungen in der Vergangenheit intensiv untersucht worden ist und diverse Strategien zur Vermeidung entwickelt wurden, hat die Unterversorgung mit Sauerstoff bisher kaum Aufmerksamkeit erhalten. Daher wurde die Kathodenstöchiometrie periodisch gezielt reduziert, um das reale Versagen der Versorgung in Laborversuchen nachzustellen.
Der Kathodengasfluss wurde dazu in zwei unterschiedlichen Stresstests kurzzeitig über unterschiedliche Dauern über eine Gesamttestdauer von 100 Stunden einmal pro Stunde auf 0.9 reduziert.

Es hat sich gezeigt, dass eine kurzzeitige Kathodenunterversorgung nicht zum Ausfall der Zelle führt. Die Zellspannung fällt während der Unterversorgung, was zur Bildung von molekularem Wasserstoff und der Reduktion von Platinoxid auf der Kathode führt. Dadurch wird die aktive Katalysatoroberfläche erhöht und die Zellleistung verbessert.

Nach weiteren Zyklen der Kathodenstöchiometrie tritt jedoch die Degradation in den Vordergrund. Röntgen Computertomographie wurde genutzt um Änderungen in der Platinkatalysatorpartikelgrößenverteilung in Anhängigkeit von der Position in der Brennstoffzelle zu visualisieren. Die Kathodenunterversorgung resultierte in einem signifikanten Gradienten, was eine inhomogene Agglomeration des Platinkatalysators verursacht.