IEA AFC Annex 31: Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzellen (Arbeitsperiode 2014 - 2017)
Kurzbeschreibung
Die Einsatzbereiche der Polymer-Elektrolyt-Brennstoffzellen umfassen die Anwendungen zur Stromversorgung von elektronischen Kleinverbrauchern wie Laptops oder Smartphones, mobile Anwendungen als Fahrzeugantrieb im Transportsektor und stationäre Anwendungen wie die Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) oder die dezentrale Stromerzeugung.
Die Forschungs- und Entwicklungstätigkeiten des Annexes umfassten alle Aspekte der PEFCs (polymer electrolyte fuel cells) und der DF-PEFCs (direct fuel polymer electrolyte fuel cells).
Neue Materialien für Brennstoffzellenstapel
Im laufenden Projekt MEA Power werden neue Materialien für die Hochtemperatur-Polymerelektrolytmembranbrennstoffzelle (HT-PEFC) hergestellt. Im Berichtszeitraum wurden diesbezüglich Möglichkeiten untersucht, der Deaktivierung des Platinkatalysators durch den Elektrolyt entgegenzuwirken.
Eine Möglichkeit diese Deaktivierung zu umgehen ist die Legierung von Platin mit Gold. Unter sauren Bedingungen kann an der Goldoberfläche kein Phosphat adsorbieren. Durch Wechselwirkung zwischen Platin und Gold wird auch die Bindung von Phosphat an Platin geschwächt und damit die Aktivität des Katalysators verbessert.
System, Komponenten und Balance of Plant-Gesichtspunkte
Der Fokus dieser Teilaufgabe lag auf der Stapel- und Systementwicklung sowie auf Gesichtspunkten der Anlagen-peripherie.
Membran-Elektroden-Einheiten wurden in Einzelzellen mit einer segmentierten Kathodenstromabnehmerplatte charakterisiert (Abbildung 1). Dies erlaubt die ortsaufgelöste Aufzeichnung von Stromdichte und Temperatur. So konnten Aussagen über schädigende Effekte wie Gradienten oder lokale Minima und Maxima getroffen werden.
Darüber hinaus wurde die dezentrale Bereitstellung von komprimiertem Wasserstoff aus erneuerbaren Rohstoffen mittels Chemical-Looping Verfahren im Festbettreaktor untersucht. In Hochdruckversuchen wurde nachgewiesen, dass die direkte Erzeugung von verdichtetem, hochreinem Wasserstoff aus Synthesegas möglich ist. Dabei wurde im ersten Schritt eine Wasserstoffreinheit von bis zu 99,999% erreicht.
Direkt-Brennstoff-Polymer-Elektrolyt-Brennstoffzelle
Im Projekt H2-Speicher wurden zwei Prototypen realisiert und die dargestellten Methoden einem erfolgreichem Proof-of-Concept unterzogen. Zum einen wurde eine Demoanlage mit H2-Freisetzungsreaktor und PEM-Brennstoffzelle gefertigt und zum anderen eine Direkt-Borhydrid-Brennstoffzelle. Es konnte eine Leistung von 375 mW erreicht werden.
Das Ziel des Projekts war die Generierung von neuem Wissen hinsichtlich der Degradation von Brennstoffzellenstapeln, um die Lebensdauer von μCHP Systemen, welche mit PEFC oder DF-PEFC-Technologie betrieben werden zu verbessern. Durch die Kooperation mit Industriepartnern, wurden bereits bestehende Systeme untersucht um deren Lebensdauer zu verbessern und somit auch deren Wettbewerbs- und Marktfähigkeit.
Publikationen
IEA AFC Annex 31: Fortschrittliche Brennstoffzellen: Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzellen
Annex 31 war ein forschungs-und entwicklungsorientierter Task mit dem Ziel der Identifizierung und Entwicklung von Techniken und Materialien, die zur Kostenreduktion und zur Lebensdauererhöhung von Polymer-Elektrolyt-Brennstoffzellen (PEFC) führen.
Schriftenreihe
30/2017
V. Hacker
Herausgeber: BMVIT
Deutsch, 31 Seiten
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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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Pt-freie Katalysatorsysteme und ethanolbeständige Polysaccharid-Membranen für die alkalische DEFC
Kurzfassung
Herausgeber: Technische Universität Graz, ICVT
Deutsch, 2 Seiten
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Weitere Publikationen
- Reformierung von biobasierten Kohlenwasserstoffen (2016)
- Recent advancements in chemical looping water splitting for the production of hydrogen (2016)
- Air Starvation Induced Degradation in Polymer Electrolyte Fuel Cells (2017)
- Air Starvation Accelerated Stress Tests in Polymer Electrolyte Fuel Cells (2016)
- Determining Membrane Degradation in Polymer Electrolyte Fuel Cells by Effluent Water Analysis (2016)
- Phosphoric Acid Tolerant Oxygen Reduction Reaction Catalysts for High-Temperature Polymer Electrolyte Fuel Cells (2016)
- Development of Low Cost High-Temperature Polymer Electrolyte Fuel Cell Membrane-Electrode-Assemblies for Combined Heat and Power Plants in Single Family Homes (2016)
- Chitosan-Based Anion Exchange Membranes for Direct Ethanol Fuel Cells (2016)
- The Effect of Platinum Electrocatalyst on Membrane Degradation in Polymer Electrolyte Fuel Cells (2015)
- Chapter 11: Integration of a membrane reactor with a fuel cell (2016)
- Theoretical study of the influence of material parameters on the performance of a polymer electrolyte fuel cell (2015)
Teilnehmende Staaten
Dänemark, Deutschland, Finnland, Frankreich, Israel, Italien, Japan, Kanada, Mexiko, Österreich, Schweden, Südkorea, USA
Kontaktadresse
Technische Universität Graz
Institut für Chemische Verfahrenstechnik und
Umwelttechnik, Brennstoffzellenlabor
Assoc. Prof. Dr. Viktor Hacker
Inffeldgasse 25 C
A-8010 Graz
Tel.: +43 (316) 873-8780
E-Mail: viktor.hacker@tugraz.at
Web: www.ceet.tugraz.at/fuelcells