Der Einsatz der Polymer Elektrolyt Membran Brennstoffzelle (PEMBZ) im Transportsektor führt zu hohen Anforderungen an den Stapel und das Brennstoffzellensystem. Aufgrund der hohen Laufzeitanforderungen und der vorherrschenden chemischen und thermischen Belastungen der PEMBZ werden für Systemkomponenten aktuell kostenintensive Materialien (hochlegierte Edelstähle, chemisch stabile Kunststoffe: PTFE, FKM, PPS, etc.) verwendet. Hier besteht ein signifikantes Einsparpotential durch die Substitution dieser Materialien z.B. durch preiswertere Kunststoffe.
Aufgrund der hohen chemischen und thermischen Belastungen sind jedoch Materialien notwendig, die zum einen den geforderten Betriebsanforderungen standhalten und zum anderen nicht durch alterungsbedingte Materialemissionen die PEMBZ während des Betriebs kontaminieren und dadurch die Degradation beschleunigen. Speziell auf der Anode müssen diese zusätzlich gasdicht und chemisch stabil gegenüber Wasserstoff sein, um eine dauerhafte Betriebssicherheit des PEMBZ-Systems zu gewährleisten.
Aus diesem Grund ist es zwingend erforderlich Materialien vorab für ihren Einsatz in PEMBZ-Systemen mittels einer flexiblen, kostengünstigen und reproduzierbaren Methode auf Eignung zu überprüfen. Dabei ist es wichtig, dass die Eignung unter realitätsnahen Bedingungen getestet wird. Beispielsweise können durch eine realitätsferne Auslagerung in flüssigen Medien einige Materialien bereits zur Auswaschung von Bestandteilen neigen, obwohl sie möglicherweise in trockenen Bereichen des Systems durchaus einsatzfähig wären.
Das Ziel des geplanten Forschungsvorhabens ist es, eine kompakte Prüfkammer als Teil eines in-situ Qualifizierungsgeräts zu entwickeln, um für Materialtests verschiedenste realitätsnahe Brennstoffzellensystembedingungen abzudecken. Der Hauptfokus liegt hierbei auf der Entwicklung, Konstruktion und Fertigung einer multifunktionalen Prüfkammer, die sowohl für die Untersuchung von Kunststoffen, als auch verschiedene Montagehilfsstoffe und Funktionsstoffe unter verschiedenen Druck-, Temperatur- und relative Feuchte-Parametern in in-situ Prüfverfahren verwendet werden kann. Dabei soll die neu konzipierte Prüfkammer erstmalig für den anodenseitigen Teil der Brennstoffzelle entwickelt werden, wodurch, bedingt durch den Wasserstoffeinsatz, erhöhte Anforderungen in Bezug auf die Prozesssicherheit resultieren.
Ein zusätzlicher Entwicklungsschwerpunkt dieses Forschungsvorhaben bildet die Erarbeitung und Umsetzung einer neuartigen durchströmten Prüfkörpergeometrie, wodurch sich sowohl der Einfluss des Materials auf die Brennstoffzelle als auch die Wasserstoffpermeabilität des Materials bestimmen lässt. Stand der Technik ist u.a. das Beschichten von Kunststoffen, um die Gasdichtheit zu verbessern und damit die Wasserstoffpermeabilität zu verringern. Mit der Prüfanlage wäre eine Prüfung dieser Beschichtung-Material-Paarung hinsichtlich der H2-Permeationseigenschaft und der Auswirkungen dieser Beschichtung auf die Leistung der Brennstoffzelle mit einem identischen Probekörper möglich.
- Projekt PANAMA
- Förderkennzeichen: 49VF200058
- PT: Euronorm, beauftragt von BMWi
- Förderprogramm: INNO-KOM
- Förderzeitraum: 01.03.2021 bis 31.08.2023
- Abteilung Brennstoffzellensysteme
