(Foto: TU Graz / Helmut Lunghammer)

Optimierung der Lebensdauer von Brennstoffzellen

Die Einsatzgebiete von Brennstoffzellen erstrecken sich von mobilen Anwendungen in Fahrzeugen über die dezentrale Stromerzeugung bis hin zu portablen Geräten. Die Forschungs- und Entwicklungsarbeiten am Institut für Chemische Verfahrenstechnik und Umwelttechnik konzentrieren sich auf die Verbesserung der Leistungsfähigkeit und der Lebensdauer der Brennstoffzellen. Untersucht werden Brennstoffzellen im Dauerbetrieb, unter realen Betriebsbedingungen und unter stark schädigenden Betriebsbedingungen (Accelerated Stressing Test AST).

Die in-situ Analyse der Schädigungsmechanismen von Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzellen (PEFC) erfolgt anhand von Stromdichte-Spannungskennlinien, Zyklovoltammetrie, elektro-chemischer Impedanzspektroskopie, Wasserstoffdiffusionsmessungen, Gasanalyse und über die Fluoridionenfreisetzung der Membran mittels der Analyse der Elektrodenkondensate. Die Potentialverteilung in der Zelle wird mit Hilfe von Referenz-elektroden bestimmt. Zur Untersuchung der Stromdichteverteilung im realen Betrieb werden segmentierte Testzellen eingesetzt. Extreme Betriebspunkte wie die Unterversorgung mit Wasserstoff oder der Froststart bei bis zu -20°C werden untersucht.


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Gaskonditionierung für Brennstoffzellen

Niedertemperatur-Brennstoffzellen nutzen zum Großteil Wasserstoff als Brennstoff. Die kommerziellen Verfahren zur Wasserstoffherstellung und Feinreinigung, wie sie zum Beispiel in Erdölraffinerien zum Einsatz kommen, sind für den kleineren Leistungsbereich nicht anwendbar. Es bedarf daher auf dem Gebiet der Brennstoffkonditionierung innovativer Technologien, um die Bedürfnisse dieser neuen Energiesysteme zu erfüllen.

Ein Forschungsschwerpunkt liegt dabei in der Entwicklung des Reformer Sponge Iron Cycle (RESC), welcher als Festbett-Versuchsreaktor im Labor betrieben wird. Ein weiteres Arbeitsgebiet des Moduls bildet die Mikro-Verfahrenstechnik zur Reformierung von flüssigen Kohlenwasserstoffen in Mikro-Strukturapparaten für den Einsatz in mobilen Brennstoffzellensystemen. Den wesentlichen Vorteil dieser Technologie bildet der optimierte Stoff- und Energietransport, welcher sich aufgrund der kleinen Abmessungen von Mikro-Reaktoren ergibt.


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Komponentenentwicklung von Brennstoffzellen

Im Vordergrund stehen dabei die Entwicklung von innovativen Elektrolyten und Membranen für Niedertemperatur-Brennstoffzellen. Die Arbeiten beinhalten die Entwicklung neuer Katalysatoren für alkalische Zellen und die Optimierung des Einsatzes von Platin in sauren Zellen. Ein Verfahren zur Verarbeitung von Kohlenstoff-Nanofasern (CNFs) als Katalysatorträger wurde entwickelt. Faser-förmiger Kohlenstoff hat eine deutlich geringere Oberfläche als Ruß, jedoch außergewöhnliche mechanische und physikalische Eigenschaften und eine höhere Resistenz gegenüber chemischer und elektrochemischer Korrosion.


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International Summer School on Advanced Studies of Polymer Electrolyte Fuel Cells

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