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IEA Forschungskooperation

IEA AFC Annex 27: Brennstoffzellen für portable Anwendungen

IEA-AFC Annex 27 zielt auf den Informationsaustausch über den derzeitigen Status und die neuen Entwicklungen im Bereich der portablen Brennstoffzellen ab und umfasst die Entwicklung und die Herstellung der Membran-Elektroden-Einheit (MEE), bis hin zu Systemkomponenten wie elektrische Konverter oder die Gasversorgung. Des Weiteren sind auch Aufbau und Auslegung von Hybriden, sowie Aspekte der Sicherheit und Normierung von Interesse.

Kurzbeschreibung

Hauptsächlich werden Niedertemperatur- und Direkt-Alkohol-Brennstoffzellen für portable Anwendungen verwendet. Es sind jedoch auch sämtliche anderen Systeme in diesem Task inkludiert.

Ein Schlüsselaspekt für die breite Anwendung ist die Reduktion der Kosten jetziger Systeme. Dafür gibt es mehrere Ansätze. Die Kosten können durch die Entwicklung neuer Materialien und Herstellungs­verfahren, aber auch billigerer und effizienterer Katalysatoren und Stack-Komponenten reduziert werden. Auch höhere Stückzahlen in der Produktion verringern den Preis.

Die Lebensdauer vieler Systeme ist noch nicht ausreichend und soll innerhalb der nächsten Jahre auf 10.000 Stunden erhöht werden. Effizienz und Leistungsdichte müssen weiter erhöht werden. So können längere Betriebsdauern, geringere Verluste aufgrund von Wärmeabgabe und reduzierte CO2 Emissionen erreicht werde.

An der Technischen Universität Graz wurde die Weiterentwicklung der alkalischen Direkt-Ethanol-Brennstoffzelle vorangetrieben. Dabei wurden die Forschungsschwerpunkte insbesondere auf das Katalysatorsystem, die Anionen-Austauscher-Membran und den Zellaufbau gelegt.

Es wurde die katalytische Aktivität unterschiedlicher Metalle gegenüber der Ethanol-Oxidations-Reaktion bestimmt und darauf basierend ein geeignetes bimetallisches System gewählt. Katalysatoren wurden mittels unterschiedlicher Methoden und auf verschiedenen Trägermaterialien hergestellt. Durch ex-situ und in-situ Charakterisierung der Katalysatoren konnte eine signifikante Effizienzsteigerung nachgewiesen werde.

Es wurden auf Polysulfon basierte Anionen-Austauscher-Membranen mit unterschiedlichen Vernetzungsgraden hergestellt und charakterisiert. Dabei konnten gute Werte für Beständigkeit und Ionenaustausch­kapazität erreicht werden.

Es wurden unterschiedliche Membran-Elektroden-Einheiten hergestellt und in Einzelzellmessungen charakterisiert. Dafür wurde eine optimierte Zelle verwendet. Das Abwasser wurde mittels Gaschromatographie analysiert; Acetaldehyd und Essigsäure konnten als Produkte identifiziert werden.

<strong>Passive Direkt-Ethanol-Brennstoffzelle mit MEA, Schrägansicht:</strong> 1) Ethanol-Auslass, 2) Ethanol-Einlass, 3) Anodenstromabnehmer, 4) Kathodenstromabnehmer, 5) Kathodenseite mit Nickelnetz als Stromabnehmer und eingespannter MEA, 6) PTFE-Papier als Dichtung

Publikationen

IEA Advanced Fuel Cells Berichtsperiode: 2011-2013

Annex 22: Polymer Elektrolyt Brennstoffzellen, Annex 25: Brennstoffzellen für stationäre Anwendungen, Annex 27: Brennstoffzellen für portable Anwendungen
Schriftenreihe 41/2014 G. Simader M. Mitterndorfer V. Hacker C. Gehrer et al., Herausgeber: BMVIT
Deutsch, 94 Seiten
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IEA - Advanced Fuel Cells

Austrian Participation in the IEA Implementing Agreement on Advanced Fuel Cells 2004-2008
Schriftenreihe 42/2010 J. Gesellmann, G. Simader, V. Hacker, Herausgeber: BMVIT
Englisch, 89 Seiten
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Weitere Publikationen

Teilnehmende Staaten

Dänemark, Deutschland, Italien, Japan, Kanada, Korea, Österreich, Schweden

Kontaktadresse

Technische Universität Graz
Institut für Chemische Verfahrenstechnik und Umwelttechnik
Brennstoffzellenlabor
Assoc.Prof. Dr. Viktor Hacker
Inffeldgasse 25C
A-8010 Graz
Tel.: +43 (316) 873-8780
E-Mail: viktor.hacker@tugraz.at
Web: www.icvt.tugraz.at