Untersuchung des Einflusses von GDL-Eigenschaften auf das Betriebsverhalten und die Degradation von Anionentauschermembran-Brennstoffzellen (AEMFC)

Die Verwendung von Gasdiffusionsschichten (GDL) in Brennstoffzellen ist ein wichtiger Aspekt, der die Leistung und Effizienz dieser Technologie beeinflusst. Eine gut konzipierte GDL kann die Leistungsdichte oder/und Effizienz einer Brennstoffzelle durch Regulierung der Verteilung von Gasen, Feuchtigkeit und Wärme maximieren. Im Rahmen des vom Bundesministerium für Digitales und Verehr (BMDV) finanzierten Vorhabens QM-GDL untersuchen 6 deutsche Forschungseinrichtungen mit zwei Industriepartnern Eigenschaften-Leistungs-Zusammenhänge von GDL‘s mit dem Ziel Messgrößen und Messmethoden für die Qualitätssicherung beim Markthochlauf zu sichern. Der Fokus liegt dabei auf Niedertemperatur-Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzellen für automobile Anwendungen. Das Fraunhofer-Institut ISE und ICT untersuchen zudem den Einfluss der GDL-Eigenschaften auf die Zellalterung von Brennstoffzellen. In diesem Kontext werden am ICT Hochtemperatur-Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle (HT-PEMFC) und Anionentauschermembran-Brennstoffzellen (AEMFC) betrachtet. In dieser Arbeit richtet sich das Hauptaugenmerk auf AEMFC. Hierbei sind insbesondere der Einfluss der GDL auf das Wassermanagement der Zelle und ein möglicher Einfluss auf die CO2-Toleranz zu betrachten. Das Wassermanagement der AEMFC unterscheidet sich fundamental von dem der PEMFC, da in der AEMFC Wasser an der Kathode verbraucht wird (O2 + 2 H2O + 4 e¯ -> 4 OH¯ ) und mit dem Ionentransport der Electroosmotic drag von Kathode zu Anode wirkt. Zudem ist es bekannt, dass AEMFC bei Kontakt mit CO2 in der Luft aufgrund einer verringerten Leitfähigkeit Leistungsverluste aufweisen.