Task 27 "Brennstoffzellen für portable Anwendungen"
Die Arbeiten in Task 27 beinhalten die Erhöhung der Leistungsfähigkeit von Brennstoffzellen und die effiziente Umwandlung vom Flüssigbrennstoff Ethanol im portablen System zu Wasserstoff.
Die hohe elektrische Leitfähigkeit von Kohlenstoffnanofasern als Elektrodenmaterial und die höhere Korrosionsbeständigkeit gegenüber sphärischen, heute verwendeten Kohlenstoffpartikeln machen Kohlenstoffnanofasern zu einer idealen Alternative für Elektrodenmaterialien in Brennstoffzellen.
Die Herstellung von Membran-Elektroden-Einheiten (MEE) basierend auf Kohlenstoffnanofasern wird sowohl in Kombination mit Membranen basierend auf kommerziellen Nafion als auch auf alternativen Kohlenwasserstoffmembranen durchgeführt. Die Synthese und Charakterisierung wird vor allem im Hinblick auf Leistungsdichte und Langzeitstabilität durchgeführt.
Die Schwerpunkte der Forschungsarbeit liegen auf
- der Verwendung und Optimierung von Kohlenstoffnanofasern als Elektrodenmaterial
- der Erhöhung der katalytisch aktiven Fläche und der Drei-Phasen Reaktionszentren
- der Verbesserung der Oxidationsbeständigkeit im Vergleich zu heute üblichen Kohlenstoffmaterialien
- Lebensdauererhöhung unter hohen elektrochemischen Potenzialen.
Die Möglichkeiten der Wasserstoffspeicherung sind noch nicht befriedigend, weshalb die hohe Energiedichte einer Flüssigkeit favorisiert wird. Der flüssige Brennstoff Ethanol, wesentlich ungiftiger als Methanol, ist daher gerade im portablen Sektor eine interessant Alternative zu Wasserstoff als Brennstoff. Derzeitige Ethanolreformierungskatalysatoren sind meist auf Rhodium basierend. Untersuchungen zeigten, dass Kobalt ebenfalls sehr gut Eigenschaften zur Ethanol-Spaltung haben. Damit lassen sich wesentlich günstigere Katalysatoren produzieren, welche nur einen geringen Kostenanteil an einem Portables Energiesystem basierend auf Ethanolreformer-Brennstoffzelle haben.
Der Schwerpunkt der Forschungsarbeit liegt auf:
- Entwicklung und Charakterisierung von Ethanol-Reformierungskatalysatoren
- Vermeidung von Kohlenstoffbildung am Katalysator durch Promotierung mit anderen Metallen
- Verbesserung der Langzeitstabilität von Reformierkatalysatoren, Untersuchung der Betriebsbedingungen auf Langzeitstabilität, sowie Möglichkeiten zur Reaktivierung von Katalysatoren
- Untersuchung der Kombination von Dampfreformierung und Katalytischer partieller Oxidation zur Reduktion benötigter Wärmetauscherflächen und zur Ermöglichung von schnell startenden Reformerkonstruktionen
- Untersuchung von Mikroreaktortechnologie als Reaktorbauweise für portable Reformer-Brennstoffzellenkombinationen.