Brennstoffzellen als Dauerläufer im Auto: Das Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie ICT ist Degradationsprozessen auf der Spur

Brennstoffzellen gelten als saubere Stromerzeuger der Zukunft und stehen bei aktuellen Konzepten von Elektrofahrzeugen mit hoher Reichweite im Fokus der Entwicklung. Dabei sollen die Brennstoffzellen mindestens 6000 Betriebsstunden halten. Häufig führen jedoch Degradationen an den Elektroden schon viel früher zu einem Versagen der Brennstoffzellen und somit zum Ausfall des gesamten Systems. Hierbei zeichnet sich ein Zielkonflikt zwischen dem Wunsch nach einem möglichst geringen Einsatz von Platin und einer langen Lebensdauer ab. Um den Platineinsatz zu reduzieren wird dies hoch dispers auf ein leitfähiges Trägermaterial auf Kohlenstoffbasis aufgebracht. Korrosion dieses Kohlenstoffs und damit Verlust von Katalysator sind aber ein bedeutender Faktor in der Zelldegradation.

Um der Degradation auf die Spur zu kommen und damit in der Folge die Alterung deutlich zu verlangsamen, wurde am Fraunhofer ICT ein Teststand mit integrierter Online-Messung des Produktgasstromes entwickelt, die es ermöglicht, den Kohlenstoffverlust von Elektroden unter Betriebsbedingungen, die dem späteren Einsatz der Brennstoffzelle nachempfunden sind, zu untersuchen. Damit lässt sich die Wirksamkeit von Systemmodifikationen sehr schnell, sehr zuverlässig und durch die spezielle Methode auch quantifiziert validieren. Die Besonderheit der Methode liegt in der Kopplung eines Teststandes für Einzelzellen mit der massenspektrometrischen Charakterisierung der Produktgase im Brennstoffzellbetrieb. Dadurch können aussagekräftige Rückschlüsse auf das Degradationsverhalten in der Einzelzelle gezogen werden. Das war mit bisherigen Methoden nicht möglich. Das Verhalten der Brennstoffzelle kann dadurch in realitätsnahen Einsatzbedingungen, konkret bei z.B. sehr dynamischer Fahrweise, simuliert werden. Auf Basis dieser Erkenntnisse können Hersteller „lebensverkürzende“ Betriebspunkte der Brennstoffzelle vermeiden und somit Systeme langer Verfügbarkeit entwickeln. Dies wird die Akzeptanz von Brennstoffzellen-Range-Extendern im Markt deutlich steigern. Mit der vom Fraunhofer ICT entwickelten Methode lassen sich auch die derzeit in Entwicklung befindlichen Platin-freien Elektroden, die eine deutliche Systemkostensenkung versprechen, validieren. Die Brennstoffzellentätigkeiten des Fraunhofer ICT sind auch auf der Hannover Messe 2017 im Rahmen der Group Exhibit Hydrogen, Fuel Cells und Batteries in Halle 27 am Stand E65/1 vertreten.

Die berichten Arbeiten wurden durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung im Rahmen des Vorhabens „GECKO“ FKZ 03SF0454A gefördert.


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