Research Unit C: Entwicklung von degradationsstabilen Brennstoffzellenmaterialien

Eine Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle besteht aus mehreren Komponenten, die verschiedene Funktionen erfüllen. Die Gasdiffusionsschichten leiten Prozessgase in die Zelle und ermöglichen gleichzeitig den Transport von Elektronen. Die protonenleitende Membran zwischen den Elektronen dient dem Transport von Wasserstoffionen und schließt damit den Stromkreis. Weitere wichtige Zellkomponenten sind die Katalysatorschichten. Hier findet ein wesentlicher Schritt für die kontrollierte Reaktion zwischen Wasserstoff und Sauerstoff statt: die Aufspaltung der Gasmoleküle in die Atome und die Reduktion beziehungsweise Oxidation der Edukte. Damit diese Prozesse schnell genug ablaufen können, müssen sie an Edelmetallpartikeln, üblicherweise Platin, katalysiert werden. Um viel aktive Oberfläche anzubieten, werden Nanopartikel eingesetzt, die auf elektronisch leitendem Material geträgert sind. Üblicherweise wird dafür Kohlenstoff in der Form von Rußpartikeln eingesetzt. Die Rußpartikel zersetzen sich jedoch während des Betriebs, sie sind unter den elektrochemischen Bedingungen einer Brennstoffzelle nicht ausreichend langzeitstabil. Um die Dauerhaftigkeit von PEM-Brennstoffzellen zu verbessern, sind daher alternative Katalysatorträger gefordert, die ausreichend stabil sind, aber auch die geforderten Funktionen des Katalysatorträgers erfüllen können. An der TH Nürnberg wurden auf der Basis von Titandioxid ein neuartiges Material entwickelt, das eine hohe spezifische Oberfläche aufweist, elektronisch leitfähig ist und mit Platinpartikeln dekoriert werden kann. Im Teilprojekt C des Forschungsimpulses sollen diese Materialien weiterentwickelt und im kompletten Brennstoffzellenaufbau getestet werden. Wichtige Parameter sind dabei die Morphologie, die elektronische Leitfähigkeit und die elektrochemische Beständigkeit. In Zusammenarbeit mit den Partnern aus den Teilprojekten des Forschungsimpulses sollen die Materialeigenschaften gezielt modifiziert und an die Erfordernisse in der Brennstoffzelle angepasst werden. Ziel des Teilprojekts C ist ein tieferes Verständnis der Zusammenhänge zwischen der Struktur der Nanomaterialien und den für die Erhöhung der Lebensdauer der Katalysatorschicht essenziellen Materialeigenschaften.

Das Projekt wird am H2Ohm Institut durchgeführt.