IEA AFC Annex 31: Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzellen (Arbeitsperiode 2020 - 2024)

In AFC Annex 31 werden alle Aspekte von Polymerelektrolyt-Brennstoffzellen bearbeitet. Sowohl einzelne Komponenten als auch Brennstoffzellenstapel und Systemaspekte werden eingehend behandelt.

Die österreichische Beteiligung ist forschungs- und entwicklungsfokussiert. Dazu zählen die Charakterisierung, Evaluierung und Optimierung von Brennstoffzellen sowie die Entwicklung von Materialien und Techniken zur Senkung der Kosten und zur Verbesserung der Leistung und Lebensdauer. Die betrachteten Systeme umfassen die Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle (PEFC) und Direkt-Brennstoffzellen wie zum Beispiel die Direktmethanol-Brennstoffzelle (DMFC) und die Direktethanol-Brennstoffzelle (DEFC) sowie die entsprechenden Gesamtsysteme. Im Vordergrund stehen folgende F&E-Aktivitäten:

Charakterisierung und Optimierung von Brennstoffzellen

Die Leistungsfähigkeit, Lebensdauer und Schädigungen der Zellen werden mit spezialisierten Testständen für Stresstestuntersuchungen bestimmt. Dabei werden die Ausdünnung der Membran, die Bildung von Pinholes sowie das Langzeitverhalten von Brennstoffzellen bei Last- und Temperaturwechsel untersucht.

Fertigung der Membran-Elektroden-Einheit (MEA)

Der Einsatz neuer Katalysatorsysteme erfordert neue Konzepte zur Herstellung leistungsfähiger Membran-Elektroden-Einheiten. Je nach der Viskosität der Katalysator-Suspension kommen dabei Sedimentations-, Imprägnierungs- und Sprühverfahren zum Einsatz.

Komponenten- und Materialentwicklung

Die Charakterisierung von Elektroden und Membranen erfolgt mittels Strom- / Spannungsverläufen, Elektrochemischer Impedanzspektroskopie und ex situ Analytik. Polymetallische Katalysatorsysteme werden optimiert und mittels Cyclovoltammetrie, Elementaranalyse und Elektronenmikroskop evaluiert.

Brennstoffkonditionierung

Innovative Verfahren zur Feinreinigung des Brennstoffs und der Einfluss von Spurenverunreinigungen auf die Leistungsfähigkeit der Brennstoffzellen werden evaluiert.

• Projektbeschreibung (2-Seiter)

Studien und Papers

• Photometric Method to Determine Membrane Degradation in Polymer Electrolyte Fuel Cells (2023)
• A Review of Accelerated Stress Tests for Enhancing MEA Durability in PEM Water Electrolysis Cells (2023)
• The effect of microscopic phenomena on the performance of iron-based oxygen carriers of chemical looping hydrogen production (2023)
• A Brief Review of Poly(Vinyl Alcohol)-Based Anion Exchange Membranes for Alkaline Fuel Cells (2022)
• Alkaline Direct Ethanol Fuel Cell: Effect of the Anode Flow Field Design and the Setup Parameters on Performance (2022)
• Ce-modified Co–Mn oxide spinel on reduced graphene oxide and carbon black as ethanol tolerant oxygen reduction electrocatalyst in alkaline media (2022)
• Effect of PdNiBi Metal Content: Cost Reduction in Alkaline Direct Ethanol Fuel Cells (2022)
• On-site production of high-purity hydrogen from raw biogas with fixed-bed chemical looping (2022)
  Natural iron ores for large-scale thermochemical hydrogen and energy storage (2022)
• Identifiability Analysis of Degradation Model Parameters from Transient CO₂ Release in Low-Temperature PEM Fuel Cell under Various AST Protocols (2021)
• Simulation-Assisted Determination of the Start-Up Time of a Polymer Electrolyte Fuel Cell (2021)
• The Influence Catalyst Layer Thickness on Resistance Contributions of PEMFC Determined by Electrochemical Impedance Spectroscopy (2021)
• The influence of hydrogen sulfide contaminations on hydrogen production in chemical looping processes" (2021)
• Poly(vinyl alcohol)-Based Anion Exchange Membranes for Alkaline Direct Ethanol Fuel Cells (2021)
• Effect of Crosslinking on the Properties of QPVA/PDDA Anion Exchange Membranes for Fuel Cells Application (2021)
• The impact of manufacturing methods on the performance of pelletized, iron-based oxygen carriers for fixed bed chemical looping hydrogen in long term operation (2020)

China, Dänemark, Deutschland, Finnland, Frankreich, Israel, Japan, Mexiko, Österreich, Schweden, Schweiz, Spanien, Südkorea, USA (Leitung)

Prof. Dr. Viktor Hacker
Brigitte Hammer, Bakk.
DI Michael Lammer
Technische Universität Graz
Institut für Chemische Verfahrenstechnik und Umwelttechnik
Brennstoffzellenlabor
Inffeldgasse 25 C, 8010 Graz
E-Mail: viktor.hacker@tugraz.at; brigitte.hammer@tugraz.at; michael.lammer@tugraz.at
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