Impedia – Verbesserung der Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle durch die gezielte Modifizierung der Diffusionsmedien-Struktur

Projektüberblick

In Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzellen wird durch die Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff elektrische Energie erzeugt. Das Reaktionsprodukt ist hierbei Wasser, das je nach Betriebsbedingungen flüssig oder gasförmig vorliegen kann. In Niedertemperatur-Brennstoffzellen entsteht Wasser überwiegend in flüssiger Form und kann sich innerhalb der Zelle ansammeln, was den Sauerstofftransport erschwert und die Leistungsfähigkeit der Brennstoffzelle mindert. Das Wassermanagement innerhalb der Zelle wird maßgeblich durch schichtförmige Diffusionsmedien beeinflusst. In modernen Brennstoffzellen besteht dieses aus einer zweilagigen Struktur: einer Kohlenstofffaser-Substratschicht, auf die eine mikroporöse Schicht aufgetragen wird.

Im Projekt Impedia soll die Mikrostruktur der Diffusionsmedien gezielt modifiziert werden, um das Wassermanagement innerhalb von Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzellen zu verbessern und die Diffusionswiderstände sowie die daraus resultierenden Spannungsverluste der Zellen zu reduzieren. Das iwb beschäftigt sich dabei mit der Einbringung von Mikrostrukturen in die Diffusionsmedien mittels ultrakurzgepulster Laserstrahlung, um einen effizienteren Wassertransport zu ermöglichen. Verschiedene Prozessparameter werden analysiert, um einen gezielten Materialabtrag mit minimaler Wärmeinbringung in das umliegende Material zu erreichen. Die verbesserten Diffusionsmedien werden kontinuierlich in Labor-Brennstoffzellen getestet, um die Einflüsse der Mikrobohrungen zu untersuchen und eine optimale Bohrungsgeometrie und -anordnung zu finden. In einem weiteren Schritt soll die Geschwindigkeit des Laserstrukturierungsprozesses erhöht werden, um die Strukturierung in einem industriellen Rolle-zu-Rolle-Prozess zu ermöglichen.

Danksagung

Das Vorhaben Impedia wird im Rahmen des Förderprogramms Nationales Innovationsprogramm Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie Phase II durch das Bundesministerium für Digitales und Verkehr (BMDV) gefördert. Die Förderrichtlinie wird von der NOW GmbH koordiniert und durch den Projektträger Jülich (PtJ) umgesetzt. Wir danken dem BMDV, der NOW GmbH und dem PTJ für ihre Unterstützung und die gute und vertrauensvolle Zusammenarbeit. Zudem bedanken wir uns bei unseren Projektpartnern, dem Lehrstuhl für Technische Elektrochemie der TUM, dem Forschungszentrum Jülich, der TRUMPF Laser SE, der SGL FCC GmbH, der Dr. Schenk GmbH und der EKPO GmbH für die gute Zusammenarbeit im Rahmen des Projektes.