IEA AFC Annex 31: Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzellen (Arbeitsperiode 2017 - 2019)

Annex 31 ist 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 (PEFCs) führen.

Kurzbeschreibung

Polymerelektrolyt-Brennstoffzellen sind für verschiedene Anwendungen geeignet. Dazu gehört der Einsatz in Geräten wie tragbaren Computern und Smartphones, aber auch für den Transport im Automobilbereich und für die dezentrale Energieversorgung in Blockheizkraftwerken (BHKW) für den stationären Einsatz.

Die Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten im Rahmen des Annex 31 umfassen alle Aspekte von PEFCs (Polymerelektrolyt-Brennstoffzellen) und der damit verbundenen Brennstoffaufbereitung.

Die Verbesserung der Katalysatoraktivität innerhalb phosphorsäurehaltiger Elektrolyte wurde untersucht. Um stabilere Systeme auf Pt-Basis zu erhalten, wurden mit Polyanilin (PANI) beschichtete Katalysatoren mit verschiedenen Mengen an PANI synthetisiert und charakterisiert.

Schema der oxidativen Polymerisation und Beschichtung eines anilin-funktionalisierten Pt/C-Katalysators (Quelle: Kocher, Hacker, CEET konkret 2017)
Schema der oxidativen Polymerisation und Beschichtung eines anilin-funktionalisierten Pt/C-Katalysators (Quelle: Kocher, Hacker, CEET konkret 2017)

Die Erhaltung und Verbesserung der Lebensdauer von PEFCs wurde durch die Untersuchung von Anfahr- und Abschaltvorgängen bei niedrigen Temperaturen (T<0 °C) erforscht. Umfassende elektrochemische und analytische Charakterisierung wurde genutzt, um die Degradationsmechanismen zu bestimmen und um innovative Strategien für das Starten und Abstellen in Anwendungen der Elektromobilität zu entwickeln.

Zusätzliche Untersuchungen zu den Degradationseffekten wurden in Bezug auf gasförmige Verunreinigungen im Brennstoff durchgeführt. Durch die Zugabe von spezifischen Verunreinigungen, z.B. H2S oder CO, zum Wasserstoffstrom und die Verwendung einer segmentierten Zelle wird der Einfluss dieser Spurenverbindungen in Langzeitexperimenten von über 1000 h untersucht.

Die Brennstoffverarbeitung und -bereitstellung ist für die Etablierung von wasserstoff- und brennstoffzellenbasierten Mobilitätskonzepten von entscheidender Bedeutung. Im Reformer-Eisen-Dampf-Prozess (RESC-Prozess) wird ein reduktiver Synthesegasstrom aus der Dampfreformierung als Reduktionsmittel für Eisenoxid-Pellets verwendet. Durch Reoxidation dieses Sauerstoffträgermaterials wird reiner Wasserstoff freigesetzt. Eine Proof-of-Concept-Anlage zur Freisetzung von ultrareinem Wasserstoff bei erhöhtem Druck wurde aufgebaut. Der Schwerpunkt der Forschung und Entwicklung lag auf den Prozessparametern, der Synthese des Sauerstoffträgers und dem Einfluss von Spurenverunreinigungen im Einsatzgas auf die Produktgasreinheit.

Projekt-Bilder

Nutzungshinweis: Die unter Projekt-Bilder aufgelisteten Bilder stammen aus den Projekten, die im Rahmen der Programme Stadt der Zukunft, Haus der Zukunft und IEA Forschungskooperation entstanden sind. Sie dürfen unter der Creative Commons Lizenz zur nicht-kommerziellen Nutzung unter Namensnennung (CC BY-NC) verwendet werden.

Publikationen

IEA Fortschrittliche Brennstoffzellen (AFC) Annex 31: Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzellen (Arbeitsperiode 2017 - 2019)

Annex 31 ist 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 (PEFCs) führen. Schriftenreihe 38/2020
M. Lammer, K. Malli, R. Zacharias, A. Jany, K. Kocher, M. Grandi, B. Hammer, V. Hacker
Herausgeber: BMK
Deutsch, 43 Seiten

Downloads zur Publikation

Berichte und Studien

Buchkapitel in Fuel Cells and Hydrogen. From Fundamentals to Applied Research

Die Ergebnisse der Annexe 31 und 35 werden in mehreren Kapiteln des Buches "Fuel Cells and Hydrogen. From Fundamentals to Applied Research" beschrieben.

Abstracts

Abstracts im Rahmen des 4th International Workshop on Hydrogen and Fuel Cells 2018

Abstracts im Rahmen des AIChE Annual Meeting 2018 in Pittsburgh

Weitere Publikationen

Weitere Publikationen finden sich auf der Seite der vergangenen Arbeitsperiode.

Teilnehmende Staaten

Dänemark, Deutschland, Finnland, Frankreich, Israel, Italien, Japan, Kanada, Mexico, Österreich, Schweden, Südkorea, USA

Kontaktadresse

Brigitte Hammer, Bakk.
Prof. Dr. Viktor Hacker
Technische Universität Graz
Institut für Chemische Verfahrenstechnik und Umwelttechnik
Brennstoffzellenlabor
Inffeldgasse 25 C, 8010 Graz
E-Mail: brigitte.hammer@tugraz.at
Tel.: +43 (316) 873-8781