Research Unit A: Untersuchung der Degradation von Brennstoffzellen auf molekularer Ebene

In diesem Teilprojekt werden die molekularen Alterungs- und Regenerationsprozesse in Brennstoffzellen und kleinen Brennstoffzellenstacks durch ortsaufgelöste Operando-Analysemethoden aufgeklärt. Zu diesem Zweck wird ein neuartiger Brennstoffzellenprüfstand entwickelt, mit dessen Hilfe ausgewählte Bereiche der Brennstoffzelle gezielt unter realistischen Betriebsbedingungen analysiert werden können. Dabei werden wichtige Parameter wie die Gasatmosphäre sowie lokale Stromdichten, elektrische Potentiale und Temperaturen an Kathoden- und Anodenseite ortsaufgelöst analysiert. Der molekulare Zustand des Katalysators und der Membran werden in Abhängigkeit von Alterungs- und Regenerationstests mit Operando-Fourier-Transform-Infrarot (FTIR)-Spektroskopie untersucht. Mit diesem Ansatz sollen drei wichtige Forschungsfragen beantwortet werden:

1.         Welche molekularen Spezies können unter bestimmten Betriebsbedingungen beobachtet werden und wie ändert der Elektrokatalysator seinen chemischen Zustand von einer aktiven zu einer inaktiven Spezies?

2.         Bis zu welchem Punkt (d.h. chemischer Zustand) und unter welchen Bedingungen kann die Deaktivierung rückgängig gemacht werden, wann wird sie irreversibel und warum?

3.         Wie verlaufen die Deaktivierungsschritte auf der Fläche einer einzelnen Membranelektrodeneinheit (membrane electrode assembly: MEA) und in den verschiedenen Zellen eines Brennstoffzellenstacks?

Projektpartner: TU Hamburg (Prof. Dr. Raimund Horn), TU München (Prof. Dr. Marc-Georg Willinger)

Das Projekt wird am H2Ohm Institut durchgeführt.