Brennstoffzellen

Erhöhte Leistungsfähigkeit durch Plasmabehandlung der porösen Gasdiffusionsschicht

Brennstoffzellen, die auf Ionomermembranen basieren, sind sehr bedeutend z.B. für den Einsatz in emissionsfreie Fahrzeuge. Stand der Technik sind H2 / O2-Brennstoffzellen aus Polymerelektrolytmembranen. Die nächste Generation von Brennstoffzellen arbeitet jedoch mit Methanol als Brennstoff. Ein Nachteil der im Handel erhältlichen Membranen wie Nafion in Direkt-Methanol-Brennstoffzellen (DMFC) ist ihre relativ große Durchlässigkeit für Methanol, die zu einer drastischen Verschlechterung des Wirkungsgrades der Brennstoffzelle führt. Durch Plasmabehandlung solcher Membranen kann die Permeabilität verringert werden und zusätzlich kann die Haftung des Katalysators an der Membran verbessert werden. Beides führt zu einer erhöhten Leistungsfähigkeit der Brennstoffzelle.

Schematische Darstellung einer Methanol-Brennstoffzelle mit einer Sperrschicht.
Schematische Darstellung einer Methanol-Brennstoffzelle mit einer Sperrschicht.
Eine teilweise behandelte Gasdiffusionsschicht (GDL).
Eine teilweise behandelte Gasdiffusionsschicht (GDL).

Poröse Gasdiffusionsschicht (GDL)

Ein weiterer wichtiger Bestandteil einer Brennstoffzelle ist die poröse Gasdiffusionsschicht (GDL). Eine GDL gewährleistet einen homogenen Gasfluss zu dem Katalysator und sollte den Wassergehalt der Zelle regeln. Insbesondere das Wassermanagement in einem weiten Bereich der Strom- / Spannungskennlinie der Brennstoffzelle ist sehr wichtig für den Wirkungsgrad einer Brennstoffzelle. Die GDL bestehen jedoch meist aus einem stark hydrophoben Material, was für ein gutes Wassermanagement eher kritisch ist. Eine teilweise hydrophile GDL ist die bessere Wahl, da eine bestimmte Wassermenge in der Zelle gezielt zurückgehalten werden kann. Dies kann durch eine "oberflächenstrukturierte" Plasmabehandlung der GDL erreicht werden. Jetzt verbleibt eine bestimmte Wassermenge in der Zelle, was zu einer besseren Brennstoffzellenleistung führt.

Dieses Bild zeigt Matthias Walker
Dr.-Ing.

Matthias Walker

Verwaltungsleiter IGVP / Leiter, Plasmatechnologie

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