Technologie

Brennstoffzellen effizienter gestalten

27.09.2021 - 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

 

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