Charakterisierung verschiedener Gas-Diffusions-Schichten mit in-situ und ex-situ Methoden

Abstract

Die Gasdiffusionslagen (GDL) haben eine zentrale Bedeutung für die Medienverteilung in der Brennstoffzelle. Sie bestimmen das Wassermanagement der Zellen, das einen der wesentlichen Faktoren für einen optimierten Betrieb darstellt. Am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) werden GDLs untersucht, die mit einem am DLR entwickelten Trockensprühverfahren hergestellt werden. Bei der Herstellung wird ein Gemisch aus Kohlenstoff und PTFE als mikroporöse Schicht auf ein Polyestervlies aufgesprüht und anschließend mit einem Kohlenstoffpapier kalt verwalzt. Der Vorteil des Polyestervlieses liegt darin, dass es durch seine chemische Struktur charakteristische Absorptionsbanden im mittleren Infrarot zeigt, die sich von denen des PTFE in der GDL (und auch in der Membran) deutlich unterscheiden. Dadurch können mögliche Inhomogenitäten bei der Verteilung des PTFE / C-Gemischs in der GDL detektiert werden. Gleichzeitig muss das Polyestervlies seine Eignung für den Brennstoffzellenbetrieb unter Beweis stellen. Die Untersuchungen der GDLs im Rahmen dieser Arbeit umfassen in-situ und ex-situ Charakterisierungen. Dabei sollen neben dem Vergleich der hergestellten Proben mit kommerziell erhältlichen Backings hinsichtlich Performance auch Degradationseffekte erkannt und bewertet werden. In-situ Charakterisierungen werden in Einzelzellen auf dem Teststand durchgeführt. Für die ex-situ Charakterisierung finden Infrarotspektroskopie-Spektroskopie (FTIR), Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS) und Wasseruntersuchung mit fluorid-sensitiver Elektrode Anwendung.