Verbesserung der Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle durch die gezielte Modifizierung der Diffusionsmedien-Struktur

Projektüberblick:
In Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzellen wird durch die Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff elektrische Energie erzeugt. Das Reaktionsprodukt ist hierbei Wasser, das je nach Betriebsbedingungen flüssig oder gasförmig vorliegen kann. In Niedertemperatur-Brennstoffzellen entsteht Wasser überwiegend in flüssiger Form und kann sich innerhalb der Zelle ansammeln, was den Sauerstofftransport erschwert und die Leistungsfähigkeit der Brennstoffzelle mindert. Das Wassermanagement innerhalb der Zelle wird maßgeblich durch schichtförmige Diffusionsmedien beeinflusst. In modernen Brennstoffzellen besteht dieses aus einer zweilagigen Struktur: einer Kohlenstofffaser-Substratschicht, auf die eine mikroporöse Schicht aufgetragen wird.

Im Projekt Impedia soll die Mikrostruktur der Diffusionsmedien gezielt modifiziert werden, um das Wassermanagement innerhalb von Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzellen zu verbessern und die Diffusionswiderstände sowie die daraus resultierenden Spannungsverluste der Zellen zu reduzieren. Das iwb beschäftigt sich dabei mit der Einbringung von Mikrostrukturen in die Diffusionsmedien mittels ultrakurzgepulster Laserstrahlung, um einen effizienteren Wassertransport zu ermöglichen. Verschiedene Prozessparameter werden analysiert, um einen gezielten Materialabtrag mit minimaler Wärmeinbringung in das umliegende Material zu erreichen. Die verbesserten Diffusionsmedien werden kontinuierlich in Labor-Brennstoffzellen getestet, um die Einflüsse der Mikrobohrungen zu untersuchen und eine optimale Bohrungsgeometrie und -anordnung zu finden. In einem weiteren Schritt soll die Geschwindigkeit des Laserstrukturierungsprozesses erhöht werden, um die Strukturierung in einem industriellen Rolle-zu-Rolle-Prozess zu ermöglichen.