Brennstoffzellen effizienter gestalten
Europäisches Projekt optimiert Brennstoffzellen auf der Mikro- und Nanoebene.
Die Hochschule Esslingen ist Partner im EU-weiten Projekt FURTHER-FC (Further Understanding Related to Transport limitations at High current density towards future ElectRodes for Fuel Cells) mit einem Gesamtbudget von 2,7 Millionen Euro im Rahmen des Horizon 2020 Förderprogramms für Forschung und Innovation der Europäischen Kommission. Dieses Programm soll Herstellung und Einsatz von Brennstoffzellenfahrzeugen in großem Umfang unterstützen und fördern.
Die Bedeutung der Wasserstofftechnik wächst schnell. Sie umfasst viele Bereiche von der Erzeugung bis zur Nutzung. Besonders interessant ist der unter Einsatz regenerativer Energien hergestellte grüne Wasserstoff, der aus erneuerbaren Energien gewonnen wird und so zu einer zukünftigen, nachhaltigen Elektromobilität beitragen wird. Diese wird neben der Nutzung rein batterieelektrischer Fahrzeuge auch den Einsatz von Brennstoffzellenfahrzeugen erfordern, die ihre elektrische Energie aus Wasserstoff gewinnen. Um ihn mit noch höherer Effizienz zu nutzen, sind die aktuell vorhandenen Brennstoffzellen weiter zu verbessern.
Brennstoffzellen enthalten Membranen mit beidseitig aufgebrachten katalytisch aktiven Schichten, die von Wasserstoff, Luft und Wasserdampf durchströmt werden. Die Transportbedingungen für diese Gase werden von der mikroskopischen Struktur katalytischer Schichten bestimmt, und davon hängt die am Ende abgegebene elektrische Leistung ab. Sind diese Strukturen auf Mikro- oder Nanometerebene bekannt, können sie zur Verbesserung der Brennstoffzelle modifiziert werden. Dieses Ziel hat FURTHER-FC. Seitens der Hochschule Esslingen ist daran das Labor für Rasterkraftmikroskopie unter Leitung von Hanno Käß in der Fakultät für Angewandte Naturwissenschaften, Energie- und Gebäudetechnik beteiligt.
Tobias Morawietz untersucht hier mit extrem hoher Ortsauflösung Struktur und Funktion der Membranen. Dabei werden Sonden verwendet, die im Idealfall eine Messung mit nur wenigen Atomen als Kontakt ermöglichen. Dadurch kann die Stromverteilung im Nanometermaßstab gemessen werden. Auch elektrochemische und mechanische Eigenschaften werden mit hoher Auflösung ermittelt, was mit anderen Methoden so nicht möglich ist. Die Analysen sind auf Elektrolysezellen zur Herstellung von Wasserstoff übertragbar.
Das Projekt wird vom CEA (Französische Kommission für alternative Energien und Atomenergie) koordiniert und von Partnern in ganz Europa bearbeitet, die über umfangreiche Erfahrungen bei der Herstellung und Prüfung von Brennstoffzellen verfügen (Toyota Europe, (CEA), Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)), modernste experimentelle Techniken einsetzen (CEA, DLR, Paul Scherrer Institut, Universität Montpellier, Hochschule Esslingen, Imperial College London ) und Modellierungswerkzeuge anwenden (CEA, DLR, Nationales Polytechnisches Institut Toulouse). Das Projekt wird auch von internationalen Einrichtungen (The Chemours Company, University of Calgary) unterstützt.
HS Esslingen / DE
