Fluorfreie Membranen und Elektroden für die Brennstoffzelle und Elektrolyse (PSU-MEA-III)

Die Ziele des Vorhabens sind eine vollständige Loss-Break-Down-Analyse (LBD-Analyse) einer Brennstoffzelle mit fluorfreier Membran und die Rekonstruktion der Mikrostruktur.

Fluorfreie Materialien für die Brennstoffzell- oder Elektrolysemembran sind wichtige Grundlage für die Recycling-Fähigkeit künftiger Systeme. Das erste Teilziel des Vorhabens ist eine vollständige Loss-Break-Down-Analyse (LBD-Analyse) einer Brennstoffzelle mit fluorfreier Membran. In dieser Analyse werden alle vorkommenden, elektrochemischen Verlustmechanismen berücksichtigt und in einer Quantifizierung gegenübergestellt. Durch den Vergleich mit einer LBD-Analyse einer herkömmlichen Nafionionomer-basierten Brennstoffzelle können somit Vorteile und Schwachstellen bzw. Verbesserungspotentiale erforscht werden. Die LBD-Analyse erstellt somit ein umfassendes Bild der fluorfreien Brennstoffzellecharakteristika. Die Ergebnisse dieses Teilziel fließen maßgeblich in die Prozessentwicklung des Projektpartners MPI ein. Das zweite Teilziel des Teilvorhabens bezieht sich auf die Rekonstruktion der Mikrostruktur. So soll innerhalb des Teilvorhabens erstmalig die Mikrostruktur einer fluorfreien-Kathoden- Katalysatorschicht durch eine digitale Rekonstruktion untersucht werden. Dies ist bei Hahn-Schickard für herkömmliche Katalysatorschichten für Brennstoffzellen und Elektrolysezellen bereits etabliert. Für Kathoden mit fluorfreien Ionomeren existieren jedoch keinerlei Informationen über die Mikrostruktur. Die Rekonstruktion einer solchen Schicht und der morphologische Vergleich mit herkömmlichen Kathoden ist demnach von großem Interesse. Die so extrahierten Informationen sind essentiell für die Prozessentwicklung der Elektrodenherstellung.