Oberflächenanalytische Untersuchung der Degradation von Komponenten für die Polymerelektrolyt-Membran-Brennstoffzelle

Kurzfassung

Für den Betrieb von Brennstoffzellen ist die Lebensdauer eine wichtige Größe. Die verschiedenen Brennstoffzellen-Komponenten werden beim DLR mit physikalischen und elektrochemischen Methoden charakterisiert. Die Röntgenphotoelektonenspektroskopie (XPS) wird insbesondere für die Untersuchung von Veränderungen, insbesondere in der elektrochemisch aktiven Membran-Elektroden-Einheit (MEA), durch den Brennstoffzellenbetrieb eingesetzt. Die Elektroden bestehen aus einem Gemisch aus kohlegeträgertem Katalysator und PTFE. Der Katalysator, an dem die Reaktionen ablaufen, ist hoch dispers verteilt. Das PTFE hat zum einen die Funktion die Elektrode mechanisch zusammenzuhalten und ist zum anderen wegen der Hydrophobizität für den Gastransport in der Elektrode und den Wasserhaushalt entscheidend. Mit XPS konnte nachgewiesen werden, daß das PTFE sich in den Elektroden durch die elektrochemische Belastung im Brennstoffzellenbetrieb verändert. Dies Veränderung ist an der Anode deutlich stärker ausgeprägt als an der Kathode. Zusätzlich zur Veränderung der Polymere wurde auch an der Anode eine Veränderung der Katalysatorverteilung beobachtet, während die Katalysatorverteilung an der Kathode stabil zu sein scheint.