Verbesserung der Lebensdauer von Membran-Elektroden-Einheiten mit niedriger Pt-Beladung

Kurzfassung

Bei den Membranelektrodeneinheiten (MEA) für Polymerelektolytmembranbrennstoffzellen (PEMFC), die für automobile Anwendungen eingesetzt werden sollen, muss die Lebensdauer auf 5000 h erhöht werden; d.h. die Degradationsrate muss auf ca. 10 µV/h reduziert werden. Zusätzlich sollte die Leistungsdichte 1 W/cm2 bei 670 mV Zellspannung betragen. Gleichzeitig muss die Platinbeladung von ca. 0.6 mgPt/cm2 auf ca. 0.2 mgPt/cm2 reduziert werden. Offensichtlich führt eine starke Reduktion der Platinbeladung automatisch zu einer Verringerung der Leistungsdichte und auch der Lebensdauer. Daher sind diese Zeile zueinander widersprüchlich, müssen aber, um die Wettbewerbsfähigkeit von PEMFCs zu gewährleisten, trotzdem alle berücksichtigt werden. Eine im Rahmen des vom DLR koordinierten FCH-JU Projektes IMPACT durchgeführte Studie zeigt, dass eine Reduktion der Platinbeladung um einen Faktor zwei zu einer Leistungsverringerung um etwa 10% führt. Die Degradationsrate beim unterbrechungsfreien Betrieb (sog. reversible Degradation) erhöht sich dabei sogar um den Faktor vier. Um die mit der Platinreduktion einhergehenden Probleme zu überwinden und um eine hohe Leistungsdichte und Lebensdauer der MEAs zu gewährleisten, befasst sich IMPACT mit der Verbesserung der Kernkomponenten, nämlich der Membran, des Katalysators, der Katalysatorschicht, der GDL und dem Zusammenspiel dieser Komponenten.