PEMTASTIC

Die quantitativen Ziele entsprechen einer Lebensdauer von 20.000 Stunden und einer Leistungsdichte von 1,2 W/cm2@0.65 V bei einer Pt-Belastung von 0,30 g/kW. Um dieses Ziel zu erreichen, werden die folgenden Aktivitäten durchgeführt:

• Analyse relevanter LKW-Fahrprofile [->Symbio], um daraus Brennstoffzellen-Betriebsprotokolle und Stressoren, die auf Testständen umgesetzt werden, abzuleiten.

• Degradationstests in differentiellen Zellen unterstützt durch physikalisch-chemische Materialcharakterisierung, um definierte Daten für die Parametrisierung von Degradationsmodellen zu gewährleisten [->CEA, DLR].

• Kombination von Mikro- und Mesoskalenmodellen sowie 1D- und 2D-Zellmodellen ->[ZHAW, DLR], um den Einfluss von Materialparametern auf Leistung und Haltbarkeit zu erfassen und Verbesserungsempfehlungen für Material- und CCM-Parameter abzuleiten, die von den Industriepartnern iterativ angepasst werden.

• Implementierung neuer, angepasster Materialien: fortschrittliche korrosionsbeständige Trägermaterialien [->IMERYS] in Kombination mit einer neuartigen Katalysatorabscheidungstechnik [->Heraeus], um den Verlust auf der elektrochemischen Oberfläche (ECSA) zu mindern. Es werden Prototypen von Nafion-Ionomeren und Membranen mit hoher Leitfähigkeit unter trockenen Bedingungen verwendet [->Chemours]. Schließlich wird eine verbesserte Kathodenkatalysatorschicht unter Berücksichtigung der Pt-Partikelgrößenverteilung und einer optimierten Katalysator-Ionomer-Interaktion [->IRD] entwickelt. Bei der Wahl einer handelsüblichen Gasdiffusionslagen (GDL) wird eine breite Palette von Betriebsbedingungen berücksichtigt.

• Validierung der finalen MEA und das Konzept der modellbasierten MEA-Entwicklung in einem kurzen Brennstoffzellen-Stack beim Technischen Reifegrad 4 (TRL4) [->Symbio].

• Als zusätzliche Ergebnisse werden Auswirkungen auf das Systemmanagement und Systemkomponenten betrachtet. Zudem wird der geringere Rechenaufwand für die Degradationsmodellierung wird eine schnelle Zustandserfassung und -vorhersage ermöglichen.

Um die Hürde der Langlebigkeit von Polymerelektrolyt-Membran-Brennstoffzellen (PEMFC) zu überwinden und im Einklang mit der Strategic Research and Innovation Agenda (SRIA) des Clean Hydrogen Joint Undertaking, müssen neue anwendungsspezifische Komponentenmaterialien, Zelldesigns und Betriebsstrategien entwickelt werden.

Dies ist das Ziel des Projekts PEMSTATIC, das darauf abzielt, das hochinnovative Konzept einer langlebigen, hochbelastbaren Membran-Elektroden-Einheit (MEA) auf der Basis verbesserter Degradationsmodelle und unter Berücksichtigung der verschiedenen Unterkomponenten der katalytisch beschichteten Membran (CCM) und ihrer Wechselwirkungen bis zur technologischen Reife (TRL) 4 zu entwickeln.

Ziel 1: Definition von Brennstoffzellenbetriebsprotokollen und Zyklustests für Schwerlastanwendungen und Vorschlag einer Betriebsstrategie für eine hohe Kraftstoffeffizienz.

Ziel 2: Parametrisierung von Degradationsmodellen zur Vorhersage der Lebensdauer der MEA und Identifizierung spezifischer Verbesserungen des CCM und seiner Komponenten.

Ziel 3: Entwicklung eines robusten Katalysatorträgers und eines Abscheidungsverfahrens für Katalysatoren.

Ziel 4: Entwicklung von Membran und Ionomer für den Betrieb bei erhöhter Temperatur

Ziel 5: Katalysatorschichten und CCM mit erhöhter Haltbarkeit und hochmoderner Leistung, die auf den Schwerlastbetrieb zugeschnitten sind

Ziel 6: Sicherstellung der Verbreitung der Projektergebnisse und der Förderung des Projekts durch Ad-hoc-Strategien bei Zielgruppen und wichtigen Interessengruppen sowie Festlegung der Nutzungsstrategie für die PEMTASTIC-Ergebnisse

Aufgaben am DLR zu diesem Projekt