Zuverlässigkeitsuntersuchungen und Vergleich von AEM-Membran-Elektroden-Einheiten

Abstract

Auf Basis erneuerbarer Energien spielen elektrochemische Energiewandler wie Brennstoffzellen und Elektrolyseure eine mehr zunehmende Rolle. Die PEM-Technologie (Protonenaustauschmembran) ist auf dem Gebiet der Brennstoffzellen Stand der Technik. Automobilhersteller nutzen diese Technologie, um die ersten kommerziellen Brennstoffzellenfahrzeuge auf den Markt zu bringen. Aufgrund der vorherrschenden sauren Bedingungen in PEM-Brennstoffzellen können nur teure Edelmetalle verwendet werden. Durch den Einsatz einer AEM (alkalische Austauschmembran) ist der Einsatz von wesentlich günstigeren Materialien möglich. Diese Technologie vereint die Vorteile der sauren und alkalischen Brennstoffzelle und verspricht eine kostengünstige Lösung. Ziel dieser Arbeit ist die Untersuchung und der Vergleich des Alterungsverhaltens von alkalischen und sauren MEAs (Membran-Elektroden-Einheiten) im Brennstoffzellenbetrieb. Es ist sehr wichtig auftretende Funktionsstörungen und Alterungserscheinungen einer genauen Ursache zuzuordnen. Mit Hilfe elektrochemischer in-situ-Methoden und physikochemischer ex-situ-Diagnostik wurden die produzierten MEAs umfassend charakterisiert. Basierend auf den ermittelten Alterungsphänomenen können Beurteilungen vorgenommen werden, um einen Abbau zu vermeiden, und die verwendeten Materialien können weiter optimiert werden, um die Lebensdauer zu erhöhen.

On the basis of renewable energies electrochemical energy converters such as fuel cells and electrolysers play an increasing role. The PEM (proton exchange membrane) technology represents the state of the art in the field of fuel cells. Automobile manufacturer utilize this technology to launch their first commercial fuel cell vehicles. Because of the predominant acidic conditions in PEM fuel cells only expensive noble metals can be used. By application of an AEM (alkaline exchange membrane) the usage of considerably cheaper materials is possible. This technology combines the advantages of the acidic and alkaline fuel cell and promises a cost-effective solution. The aim of this thesis is the investigation and comparison of the aging behavior of alkaline and acidic MEAs (membrane electrode assemblies) in fuel cell operation. It is very important to assign occurring malfunctions and signs of aging to an exact cause. With the help of electrochemical in situ methods and physicochemical ex situ diagnostics, the produced MEAs were extensively characterized. Based on the determined aging phenomena, assessments can be made to avoid degradation and the used materials can be further optimized to increase the durability.