elib
DLR-Header
DLR-Logo -> http://www.dlr.de
DLR Portal Home | Imprint | Privacy Policy | Contact | Deutsch
Fontsize: [-] Text [+]

Untersuchung lasermodizierter Gasdiffusionsmaterialien für die Anwendung in PEM-Brennstoffzellen

Schmitt, Christina (2016) Untersuchung lasermodizierter Gasdiffusionsmaterialien für die Anwendung in PEM-Brennstoffzellen. Master's, Universität Stuttgart.

[img] PDF - Registered users only
32MB

Abstract

Zur Kommerzialisierung von Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzellen sind eine höhere Leistungsfähigkeit, längere Lebensdauer sowie verringerte Kosten notwendig. Ein wichtiger Faktor ist dabei ein funktionierendes Wassermanagement, mit welchem sowohl die Leistungsdichte erhöht als auch die Lebensdauer verlängert werden kann. Ein optimales Wassermanagement sorgt für eine ausreichende Hydratisierung der Membran und gleichzeitigem Abtransport von flüssigem Wasser, um Massentransportlimitierungen durch verstopfte Poren zu vermeiden. Eine Schlüsselkomponente ist dabei die Gasdiffusionslage, eine poröse Schicht zwischen Elektroden und Gaskanälen, die für den Transport des Reaktionsgases zu den Elektroden sowie dem Abtransport von Produktwasser verantwortlich ist. In dieser Arbeit wird diese durch Laserstrahlung modifiziert, sodass Bereiche mit geringerer Hydrophobizität entstehen. Durch diese soll das flüssige Wasser gezielt von den Elektroden abtransportiert werden, damit das übrige Porensystem frei bleibt. Auf diese Weise sollen insgesamt die Massentransportlimitierungen verringert und damit die Performance der Zelle verbessert werden. In dieser Arbeit wird die mikroporöse Schicht von zwei verschiedenen Gasdiffusionslagen mit einem Laser modifiziert und mit physikalischen sowie elektrochemischen Charakterisierungsmethoden untersucht. In REM- und EDX-Aufnahmen zeigt sich, dass an der Oberfläche ein Kanal mit einer umgebenden Wärmeeinflusszone entsteht. Diese Wärmeeinflusszone weist eine verringerte Fluorkonzentration sowie eine erhöhte Sauerstoffkonzentration auf. Die Breite sowie Tiefe des bearbeiteten Bereichs hängen von der Belichtungszeit und damit auch von der Schreibgeschwindigkeit ab. Mit der Quecksilberporosimetrie ist kein Einfluss der Modifizierung auf die allgemeine Porenstruktur feststellbar. Einzelzelltests zeigen, dass der Einfluss der Lasermodifizierung neben der relativen Feuchte der Reaktionsgase entscheidend von der Materialkombination von Gasdiffusionslage und katalysatorbeschichteter Membran abhängen. Bei den zwei untersuchten Gasdiffusionslagen wird bei unterschiedlichen relativen Feuchten ein positiver Effekt durch die Modifikation festgestellt. Die Modifikation führt zu einer Performancesteigerung bei hohen Stromdichten. Mithilfe einer segmentierten Bipolarplatte wird zudem die Stromdichteverteilung analysiert. Es zeigt sich, dass die Homogenität ebenfalls durch die Modifikation verbessert werden kann. Zusätzlich wird mit elektrochemischer Impedanzspektroskopie nachgewiesen, dass Massentransportlimitierungen verringert werden können. Ausgehend von den Beobachtungen werden die Einflüsse der Modifikation bewertet und Empfehlungen für gezielte Entwicklungen gegeben.

Item URL in elib:https://elib.dlr.de/109668/
Document Type:Thesis (Master's)
Additional Information:Betreuer: Dr. Indro Biswas
Title:Untersuchung lasermodizierter Gasdiffusionsmaterialien für die Anwendung in PEM-Brennstoffzellen
Authors:
AuthorsInstitution or Email of AuthorsAuthors ORCID iD
Schmitt, ChristinaChristina.Schmitt (at) dlr.deUNSPECIFIED
Date:16 November 2016
Refereed publication:No
Open Access:No
Gold Open Access:No
In SCOPUS:No
In ISI Web of Science:No
Number of Pages:111
Status:Published
Keywords:PEM-Brennstoffzelle, Gasdiffusionsmaterialien, Wassermanagement, Lasermodifizierung, Stromdichteverteilung, Impedanzspektroskopie
Institution:Universität Stuttgart
Department:Institut für Energiespeicherung
HGF - Research field:Energy
HGF - Program:Energy Efficiency, Materials and Resources
HGF - Program Themes:Methods and Concepts for Materials Development
DLR - Research area:Energy
DLR - Program:E VG - Combustion and Gas Turbine Technologies
DLR - Research theme (Project):E - Materials for Energy Technologies (old)
Location: Stuttgart
Institutes and Institutions:Institute of Engineering Thermodynamics > Electrochemical Energy Technology
Deposited By: Biswas, Indro
Deposited On:15 Dec 2016 15:26
Last Modified:15 Dec 2016 15:26

Repository Staff Only: item control page

Browse
Search
Help & Contact
Information
electronic library is running on EPrints 3.3.12
Copyright © 2008-2017 German Aerospace Center (DLR). All rights reserved.