Impedanzspektroskopie an Brennstoffzellen

Abstract

Da Brennstoffzellen eine umweltfreundliche Energiewandlung bei vergleichsweise sehr hohen Wirkungsgraden ermöglichen, gewinnen sie für zukünftige Energiekonversionssysteme zunehmend an Bedeutung. Für mobile Anwendungen sind aufgrund ihrer niedrigen Betriebstemperatur und hohen Leistungsdichten insbesondere die Membranbrennstoffzellen (PEFC) geeignet. Bei der alkalischen Brennstoffzelle (AFC) wird jedoch der Nachteil der niedri-gen Leistungsdichten durch die niedrigen Materialkosten der eingesetzten Katalysatoren (Nickel bzw. Silber) und Elektrolyt, einfachere Systemtechnik (z.B. Wasserhaushalt, Kühlung) und bessere Kinetik in alkali-scher Lösung als in saurere Umgebung kompensiert. Zur Charakterisierung von Brennstoffzellen und Zellkomponenten wird eine ganze Reihe von verschiedenen Messverfahren eingesetzt. Die häufigste elektrochemische Charakterisierungsmethode ist die Aufnahme einer Strom-Spannungskennlinie (U-i Kennlinie), die durch elektrochemische, elektrische und Stofftransportanteile bestimmt wird. Eine Auftrennung dieser Anteile ist nicht nur von grundsätzlichem Interesse, sondern auch von wirtschaftlicher Bedeutung. Die elektrochemische Impedanzspektroskopie (EIS) ist dafür besonders gut geeignet, da nach Auswertung der über einen weiten Frequenzbe-reich gemessenen Elektrodenimpedanz bzw. Zellimpedanz mit einem Elektrodenmodell (Ersatzschaltbild) diese Größen simultan und in einem großen Potenzialbereich bzw. Stromdichtebereich bestimmt werden können.