HIFI-PEFC

Hochtemperatur-Polymerbrennstoffzellen (HT-PEFCs), deren Arbeitstemperaturbereich zwischen 120 °C und 200 °C liegt, bieten langfristig höhere Erfolgschancen und größere Einsatzbereiche gegenüber den bisher etablierten Niedertemperatur-Polymerbrennstoffzellen (LT-PEFC).

Einige der wichtigsten Aspekte sind die mögliche Co-Erzeugung und -Nutzung von Wärme, geringere Reinheitsanforderung an die Betriebsmittel und eine reduzierte Systemkomplexität aufgrund des obsoleten Wassermanagements. Dies führt letztendlich zu geringeren Systemkosten, sowohl bei der Anschaffung als auch während der Nutzung. Dass es derzeit noch keine HT-PEFC-Systeme gibt, hat unterschiedliche technologische Ursachen.

Das größte Problem besteht in der tatsächlich erreichbaren Leistungsdichte, welche weit unter den zu Erwarteten liegt. Hierbei spielt die Sauerstoffreduktionskinetik auf der Luftseite eine zentrale Rolle, welche bei dem derzeit eingesetzten Phosphorsäure-Polybenzimidazolimid-basierten (PA-PBI) Membransystemen, insbesondere bei trockenen Bedingungen, stark reduziert ist. Dies führt dazu, dass zur Kompensation ein viel höherer Katalysatoranteil verwendet werden muss, welcher die Systemkosten stark erhöht. Zudem verursachen wechselnde Betriebsbedingungen aufgrund von Schwellen und Kontraktion ein zunehmendes Auswaschen des Elektrolyten PA aus der Membran, wodurch Langzeitdegradation gefördert wird.

Ziel dieses Projekts ist der Ersatz des Elektrolyt Phosphorsäure in der HT-PEFC durch protonenleitende ionische Flüssigkeiten. Ionische Flüssigkeiten auf der Basis von Sulfonsäuren reduzieren im Vergleich zu Phosphorsäure die Sauerstoffreduktionskinetik deutlich weniger. Hierzu sollen von Stammverbindungen Derivate hergestellt werden und diese Bezüglich Leitfähigkeit, Elektrodenkinetik und Absorption in PBI-Membranmaterialien optimiert werden. Die vielversprechendsten Kandidaten sollen in Brennstoffzellen technisch relevanter Größe getestet werden.

Das Verbundprojekt wird durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) gefördert.

Laufzeit: 2017 bis 2021
Querverweis: FZ-Jülich
Querverweis: EnArgus

Projektleiter am HIU: Prof. Dr. Stefano Passerini
Forschungsgruppe: Electrochemistry for Batteries