Die GDL hat einen bedeutenden Einfluss auf das Betriebsverhalten und insbesondere die Leistung eines Brennstoffellen-Stacks. Um eine hohe, gleichbleibende Qualität zu gewährleisten, sollen verlässliche und vergleichbare Methoden zur Charakterisierung und Qualitätsbeschreibung von GDL-Materialien entwickelt werden. Dazu werden Qualitätsmerkmale einer GDL und auch kritische Parameter definiert. Neben der Untersuchung von Einflussfaktoren auf den späteren Betrieb sollen dann Methoden ermittelt werden, um diese Merkmale stichprobenartig und kontinuierlich während des laufenden Fertigungsprozesses bestimmen zu können. Dadurch wird die gesamte Lieferkette für den Markthochlauf von Brennstoffzellen unterstützt.
Modell einer Membran-Elektroden-Einheit
3D-Druck einer Gasdiffusionslage, hier dargestellt als MEA zusammen mit Membran und Katalysatorschicht
Gasdiffusionslage als zentrale Komponente der Brennstoffzelle
Die Gasdiffusionslage, kurz GDL, ist eine zentrale Komponente der Brennstoffzelle. Sie hat vielfältige Funktionen und Aufgaben, welche neben den mechanischen auch der Reaktanden-Transport in der Gas- und Flüssigphase und die Leitung von Elektronen und Wärme sind. Ziel des Projekts QM-GDL ist die gemeinschaftliche Entwicklung von standardisierbaren Prüfverfahren für GDLs. Zudem soll der Einfluss von Materialschwankung auf das Betriebsverhalten von Brennstoffzellen untersucht werden. Insgesamt soll das Vorhaben damit die Entwicklung und Massenproduktion leistungsfähigerer GDLs ermöglichen.
Gasdiffusionslage
Wassertropfen auf einer Gasdiffusionslage zur Darstellung der hydrophoben Eigenschaften
Das fachliche Know-how der beteiligten Forschungseinrichtungen und Industriepartner ergänzen sich hierbei hervorragend, um diese anspruchsvolle Aufgabe zu lösen. Projektbeteiligte sind neben dem DLR-Institut für Technische Thermodynamik, das Forschungszentrum Jülich GmbH, das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE, das Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie ICT, das Zentrum für BrennstoffzellenTechnik GmbH sowie das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg. Industriepartner sind die SGL Carbon GmbH sowie Freudenberg Performance Materials SE & Co. KG
Projektziele
Definition von GDL-Qualitätsmerkmalen und kritischen Parameter
Ermittlung von Methoden zur Qualitätsbestimmung (ex-situ und inline)
Untersuchung der Einflussfaktoren und Übertragung auf den Einsatz im Betrieb
Definition der Anforderungen an GDL Materialien für den späteren Betrieb
Erstellung von Vorgaben sowie Entwicklung eines Lastenhefts zur Bestimmung von Qualitätsparametern einer GDL
Festlegung der GDL-Parameter für die inline Qualitätsbestimmung während des laufenden Fertigungsprozesses und der ex-situ Untersuchung (stichprobenartig u. kontinuierlich)
Die Arbeiten im Projekt QM-GDL liefern Qualitätsvorgaben zur Standardisierung von GDLs im nationalen Bereich und verschaffen damit der deutschen Zulieferindustrie im internationalen Vergleich einen Wettbewerbsvorsprung sowie stärken die nationale Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie im Verkehrssektor und im Energiemarkt.
