Hochleistungsfähige und alterungsstabile HT-PEMFC Membranelektrodeneinheiten durch neue Anbindungskonzepte Katalysator/Träger/Protonenleiter (HT-Linked)

Aufgrund ihrer Betriebstemperatur von 160 - 180 °C bieten HT-PEMFC für eine Reihe von Anwendungen Vorteile im Vergleich zu LT-PEMFC aber auch SOFC. Jedoch ist die erzielte Leistungsdichte wie auch die Langzeitstabilität noch gering im Vergleich zu LT-PEMFC. Im Rahmen des Gesamtvorhabens HT-Linked sollte diese verbessert werden, in dem die einzelnen relevanten Anbindungen in einer Membran-Elektrodeneinheit untersucht und optimiert wurden. Im Teilvorhaben Membran-Elektrodeneinheiten und Testung lag der Fokus auf einer besseren Anbindung des phosphorsauren Elektrolyten an die Elektrode sowie der Entwicklung von Testmethoden. Im Rahmen des Vorhabens konnte mit Platin auf mit Indazol modifizierten Carbon Nanotubes (Pt/Ind-CNT) ein Katalysator entwickelt werden der in ex-situ Test eine etwas höhere Aktivität und eine höhere Beständigkeit aufwies als ein industrieller Referenzkatalysator. In HT-PEMFC MEA führte die Verwendung des neuen Katalysators zu einer starken Beschleunigung des Aktivierungsprozesses, zu höheren Leistungsdichten und zu einer etwas erhöhten Stabilität. Des Weiteren konnte im Rahmen des vorhaben das am Fraunhofer ICT entwickelte Verfahren der Hochtemperatur differentiellen elektrochemischen Massenspektrometrie (HT-DEMS) als Methode zur Bestimmung der Korrosionsstabilität von Trägermaterialien und Katalysatoren für HT-PEMFC etabliert werden.

Due to their operating temperature of 160 - 180 °C, HT-PEMFC can offer a number of advantages compared to LT-PEMFC as well as SOFC. However, today the accomplished power density and the realised lifetimes of HT-PEMFC are substantially lower than that of state of the art LT-PEMFC. The project HT-Linked strived to improve this situation by analysing flows of the different interfaces within a HT-PEMFC membrane-electrode assembly and by developing concepts for their mitigation. Within the project part ""membrane electrode assemblies and testing"", the material development focus was set to improving the interfacing of the catalytic system with the phosphoric acid electrolyte. In addition, test methods were investigate which allow for a better control of the stability of the components of a catalyst layer in particular the catalyst system itself and of long term and accelerated stress testing of MEA.As result a new catalyst system consisting of Pt nanoparticles supported on carbon nanotubes, which were modified by chemical bound indazol groups (Pt/Ind-CNT), was developed. In ex-situ test at ambient temperature, the catalyst showed a higher stability and slightly higher activity towards the oxygen reduction reaction than a commercial reference catalyst. In in-operando test, a MEA, which employed the new catalyst at both electrodes, featured a much faster activation and a higher maximum power density than a reference MEA. With respect to testing the method of high-temperature differential electrochemical mass spectrometry (HT-DEMS) which had been previously developed at the Fraunhofer ICT was successfully adapted to measure carbon corrosion of supports and catalyst under HT-PEMFC conditions. The method was accepted by the partners of the consortium and used in their publication as proof of catalyst stability enhancement