Alterungsuntersuchung von Membran-Elektroden-Einheiten in Direkt-Methanol-Brennstoffzellen

Kurzfassung

Bei der Kommerzialisierung von Direktmethanol-Brennstoffzellen (DMFCs) gibt es zwei Hauptprobleme: Die relativ schnelle Alterung und die noch unzureichende Leistungsdichte der Membran-Elektroden-Einheiten (MEAs). Deshalb ist insbesondere noch Forschung und Entwicklung in Hinsicht auf Langzeitstabilität und MEA-Performance durchzuführen. In dieser Arbeit soll die lokale Degradation an großflächigen MEAs, welche über mehrere tausend Stunden in einem DMFC-Stack betrieben wurden, bestimmt werden . Dazu werde 1 kleine MEA-Stücke an ausgewählten Stellen ausgeschnitten und in-situ in einer speziellen Testzelle mit Referenzelektrodenanordnung untersucht. Zur Charakterisierurng bedarf es einer minimal-invasiven Präparation der zu untersuchenden MEA, um eine Referenzelektrode auf dieser zu implementieren. Die Herstellung der Referenzelektroden soll mittels der Laserablation realisiert werden. Neben konventionellen Überspannungsmessungen sollen dynamische Messmethoden wie die Strom-Abschaltmessungen und die elektrochemische Impedanzspektroskopie als in-situ Technik zum Einsatz kommen, da nur dynamische Messmethoden in der Lage sind, hochgradig gekoppelte Prozesse wie MeOH-Crossover, Mischpotentialbildung und Katalysatorvergiftung aufzutrennen, sofern diese Prozesse unterschiedliche Zeitkonstanten aufweisen. Unter Zuhilfenahme von modellbasierten Auswertetools können Prozesse wie Massentransport, parasitäre Ströme, Protonentransport, Kinetik, Katalysatorbedeckungsgrade quantifiziert werden. Über die Zuordnung der Degradationserscheinung mit dessen lokalen Auftreten können Rückschlüsse bzgl. des Degadationsmechanismus gezogen werden. Ziel der Arbeit ist es, über die Analyse der Messdaten lokale Degradation zu quantifizieren, um Verbesserungvorschläge im Stackdesign und der Betriebsführung geben zu können. Arbeitspakete in Stichpunkten: Einarbeitung in Thematik, Messmethoden und Teststand Präparation der MEAs mittels der Laserablation Charakterisierurrg der MEAs mittels dynamischer Messmethoden Analysieren der Daten mittels Auswertesoftware Vergleich der Erigebnisse mit Referenzdaten Zusammenschreiben der Arbeit