Brennstoffzellen sind eine vielversprechende, umweltfreundliche Alternative zu Verbrennungsmotoren. Sie erzeugen elektrische Energie durch die elektrochemische Umwandlung von Wasserstoff und Sauerstoff (in der Regel aus der Luft) in Wasser. Für Hochleistungsanwendungen müssen die Brennstoffzellen eine außergewöhnliche Lebensdauer von >25.000 Stunden erreichen. Extreme Bedingungen wie hohe Temperaturen und niedrige Luftfeuchtigkeit führen jedoch zu einer erhöhten Degradation, die ihre Lebensdauer begrenzt und zu Ausfällen führt.
Brennstoffzellen-Stack
Am DLR entwickelter PEM-Brennstoffzellen-Stack mit metallischen Bipolarplatten für die Leichtanwendung
Ein klarer Anwendungsbereich, in dem wasserstoffgespeiste Brennstoffzellen den Batterien überlegen sind, ist der Schwerlasttransport mit großer Reichweite und schwerer Nutzlast. Die Vorteile des elektrischen Antriebs auf der Basis von Brennstoffzellen ist die schnelle Betankung und die große Energiemenge bei relativ geringem Gewicht, was große Reichweiten ermöglicht. Daher sind Brennstoffzellen für die Dekarbonisierung des Schwerlastverkehrs sine Schlüsseltechnologie. Allerdings umfasst der Schwerlastverkehr ein breites Spektrum von Anwendungen, darunter Lastwagen, Schiffe, Züge und Flugzeuge. Diese Anwendungen erfordern unterschiedliche Brennstoffzellenleistungen im Bereich von 300 - 1500 kW und haben sehr unterschiedliche Anforderungen in Bezug auf die Betriebsbedingungen und das System. Eine gemeinsame Anforderung ist eine außergewöhnlich hohe Lebensdauer von >25.000 Betriebsstunden.
Expertise
Polymer-Elektrolyt-Brennstoffzellen (PEMFC) erlauben einen dynamischen Betrieb und hohe Leistungsdichten ohne schädliche Treibhausgase zu emittieren. Deshalb wird die Nutzung dieser Brennstoffzellen in einer Vielzahl von Anwendungen untersucht wie z.B. Schwerlastanwendungen (LKW, Züge, Schiff, Flugzeuge), sowie stationäre Anwendungen (Kraft-Wärme-Koppelung).
Auch wenn im Bereich der PEM-Brennstoffzellen schon signifikante Fortschritte in Bezug auf Kosten, Lebensdauer und Leistungsdichte erreicht wurden, sind immer noch weitere technologische Lösungen für die anspruchsvollen Anwendungen im Transport und in der Energieversorgung vonnöten. Dabei wird die Kommerzialisierung maßgeblich von der limitierten Lebensdauer behindert, die durch zahlreiche chemische und physikalische Degradationsmechanismen verursacht wird.
XPS-Anlage zur Untersuchung von Materialien und Komponenten von elektrochemischen Energiewandlern
Verständnis der MEA-Leistung und der Einschränkungen der Haltbarkeit durch Charakterisierung und Modellierung
FSP ist eine vielseitige, ressourcenschonende Gasphasensynthesetechnik zur schnellen Herstellung komplexer Trägerkatalysatoren in einem Schritt. Eine kontinuierliche Materialproduktion ermöglicht Chargen in mg bis kg Größe ohne Anpassung der Prozessparameter.
