IEA AFC Annex 35: Brennstoffzellen für portable Anwendungen (Arbeitsperiode 2014 - 2017)

Ausgangssituation/Motivation

Annex 35 des Technology Collaboration Programm on Advanced Fuel Cells der International Energy Agency (IEA) umfasste den Austausch von Informationen und Forschungsergebnissen über die neuesten Entwicklungen im Bereich der portablen Brennstoffzellen, wie zum Beispiel der Direkt-Ethanol-Brennstoffzelle (DEFC) Neben der Systementwicklung werden die Herstellung der Membran-Elektroden-Einheit (MEE), die Systemkomponenten wie der elektrische Konverter oder die Gasversorgung, der Aufbau und die Auslegung von Hybriden, sowie die Aspekte der Sicherheit und Normierung behandelt.

Der Schwerpunkt liegt, aufgrund der Vorteile für den Benutzer, auf Niedertemperatur- und Direkt-Alkohol-Brennstoffzellen. Das Ziel des Projektes war es hocheffiziente, stabile und kostengünstige Zellkomponenten für die portablen Brennstoffzellen (insbesondere DEFC und DBFC) zu entwickeln, um deren Lebensdauer sowie deren Leistungsdichten zu verbessern.

Inhalt und methodische Vorgehensweise

Die DEFC sowie die DBFC wurden für portable Anwendungen entwickelt.
Die Themen der Subtasks des Annex 35 waren:

• Systemanalyse und Hybridisierung
• System-, Stapel- und Zellentwicklung
• Codes und Normen, Sicherheitsbedingungen, Brennstoffe und deren Verpackung, Transport
• Verlängerung der Lebensdauer für portable Brennstoffzellen

Die Forschungstätigkeit der TU Graz im Annex 35 konzentrierte sich vorwiegend auf Subtask 2 "System-, Stapel- und Zellentwicklung" und Subtask 4 „Verlängerung der Lebensdauer für portable Brennstoffzellen".

Die Entwicklung und Charakterisierung neuer Materialien für Brennstoffzellen, die flüssige Energieträger wie Ethanol und NaBH4 effizient in elektrische Energie umwandeln, wurden in der Periode vom 2014-2017 thematisiert.

Die Kosten wurden durch neue Herstellungsverfahren sowie durch den Einsatz von günstigeren Materialien für die Brennstoffzellenkomponenten reduziert. Im Rahmen des Projektes „e!Polycat" wurden für die Verbesserung der Leistung der alkalischen DEFC mehrstufige Verfahren zur Herstellung von Pt-freien Anodenkatalysatoren und Polysaccharid-Membranen basierend auf Kompositmaterialien entwickelt. Die synthetisierten Komponenten wurden in Form einer MEE (siehe Abbildung 1, links) in einer Einzelzelle (siehe Abbildung 1, rechts) bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen untersucht.

Im Rahmen des Projektes „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 Polymer-Elektrolyt-Membran-Brennstoffzelle (PEMFC) gefertigt und zum anderen eine DBFC (siehe Abbildung 2).

Ein weiterer Schwerpunkt an der TU Graz liegt in der Entwicklung von Verfahren, zur einfachen, effizienten und sicheren Wasserstoffspeicherung mit Metallen und in ionischen Flüssigkeiten.

Ergebnisse

Die Ergebnisse aus aktuellen Forschungsprojekten der Technischen Universität Graz im Zusammenhang mit den Teilaufgabengebieten des Annex 35 "System-, Stapel- und Zellentwicklung" und „Verlängerung der Lebensdauer für portable Brennstoffzellen" wurden in peer-review Fachjournale, Proceedings oder als Abstracts disseminiert. Auch im Rahmen von Posterpräsentationen bzw. Vorträgen auf nationalen und internationalen Veranstaltungen sowie in den Workshops der International Energy Agency (IEA) wurden die Forschungsergebnisse präsentiert. und anschließend intensiv diskutiert.