Das Degradationsverhalten von Brennstoffzellen ist schon lange Gegenstand intensiver Forschungsarbeiten. Während jedoch der Fokus in den letzen Jahren meist auf die Reformierungsprozesse und die Reinheit des Wasserstoffs gelegt wurde, ist die Luftzufuhr der PEM-Brennstoffzelle (PEM-BZ) vernachlässigt worden. Dabei ist die Lebensdauer von Brennstoffzellen sowohl von den Betriebsbedingungen (Start-Stopp, Lastzyklen usw.) als auch von den externen Feed-Gasen abhängig. Die Reinheit der zugeführten Luft ist von großer Bedeutung, da die Reaktion von Sauerstoff auf der Kathode naturgemäß ein stark gehemmter Prozess ist. Die Empfindlichkeit von PEM-Brennstoffzellen gegenüber Luftschadstoffen wird im Automobilbereich zukünftig sogar noch zunehmen, da aus Kostengründen eine weitere Verringerung des Platins angestrebt wird. Das Zentrum für Brennstoffzellen-Technik (ZBT) beschäftigt sich seit fünf Jahren intensiv mit dem Einfluss von Luftschadstoffen auf PEM-BZ. Insbesondere im letzten Jahr konnten wichtige Fortschritte zusammen mit namhaften Filterherstellern erzielt werden. Laborversuche zeigen, dass verkehrsbedingte NO-Spitzen für PEM-BZ im Kraftfahrzeug durchaus problematisch sein können. Daraus ergab sich die Frage, ob die kontinuierliche Belastung mit NO-Spitzen die Lebensdauer der Brennstoffzelle beeinträchtigt. Dauerversuche unter real auftretenden NO-Konzentrationen in einem Umwelt-Luftmesscontainer (ca. 150 m neben einer vielbefahrenen Autobahn) zeigen deutlich der Zusammenhang zwischen gemessenen NO-Konzentrationen und einer Spannungsabnahme des Stacks zu erkennen. Bei NO-Spitzen von 100 ppb sinkt die Spannung um bis zu 3 %. Gleichzeitig ist eine vollständige Regeneration nur bei länger andauernden niedrigen NO-Konzentrationen, zum Beispiel am Wochenende, zu erzielen. Die gemessenen NO2-Konzentrationen lagen mindestens um Faktor 3 unter den NO-Konzentrationen und waren nicht verantwortlich für die Spannungsabfälle. Für eine Verifikation des Einflusses von NO und insbesondere der Langzeitauswirkung wurde ein weiterer Dauerversuch mit einer Einzellzelle im Labor durchgeführt. Durch die gezielte NO-Zugabe konnte zum einen der typische Spannungseinbruch durch NO und die anschließende Regenerierung mit unbelasteter Luft festgestellt werden. Zum anderen wurde aber auch eine erhöhte Langzeitdegradation ermittelt. Beim Einsatz von NOx-Filtern vor Lufteintritt an der Kathode ist zu erkennen, dass es mit Filtereinsatz bei NO-Spitzen nicht zu Spannungseinbrüchen kommt. Im Langzeittrend wird die Degradation verringert und nähert sich den Werten der Basisdegradation an.
Abgase verringern die Lebensdauer von Brennstoffzellen. ZBT untersucht den Einfluss verkehrsbedingter NOx-Emissionen
HZwei. Das Magazin für Wasserstoff und Brennstoffzellen ; 12 , Jul ; 16-17
2012
2 Seiten, 3 Bilder, 4 Quellen
Article (Journal)
German
Autobahn , Betriebsbedingung , chemische Reformierung , Dauerversuch , Elektroauto , Energieverlust , experimentelles Ergebnis , Feldversuch , Filtereinrichtung , Konzentrationsmessung , Kraftfahrzeugabgas , Laborversuch , Lebensdauer , Luftschadstoff , Luftzufuhr , NO (Stickstoffmonoxid) , NO2 , PEM-Brennstoffzelle , Regeneration , Spannungsabfall , Stickoxidentfernen , Strom-Spannungs-Kennlinie , Wasserstoff
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