Direktmethanol-Brennstoffzellen (DMFC) in der kW-Klasse für kleine, mobile Anwendungen z. B. als Ersatz für Bleibatterien im Bereich Material Handling erscheinen kurz- bis mittelfristig als wirtschaftlich interessante Option. Der mit der DMFC-Technologie adressierte Einstiegsmarkt für Horizontal-Kommissionier (Klasse III) wird auf ca. 4.000 Einheiten pro Jahr abgeschätzt. Im Bereich Leichte Traktion sind zusätzliche mögliche Applikationsklassen die Golfcars, 4 Rad Scooter, E-Rollstühle und E-Fahrräder. Ein weiteres interessantes Anwendungsgebiet stellt die Notstromversorgung von Basisstationen des Behördenfunks dar. In diesem Anwendungsfeld werden elektrische Leistungen von rund 2 kW benötigt. Hier kann die DMFC-Technik mit der hohen Energiedichte des Treibstoffes Methanol und mit der einfachen Systemtechnik überzeugen. Dadurch werden Laufzeiten über mehrere Tage möglich, die bei konventionellen Technologien, wie Batterien nicht möglich sind. Der Markt liegt bei einigen hundert Systemen in Deutschland. Erste Ausschreibungen haben bereits in einigen Bundesländern stattgefunden. Gelingt es die Zuverlässigkeit der DMFC weiter zu steigern und die Kosten zu reduzieren, so ist es denkbar, dass die Technologie im Bereich der Notstromversorgung von Mobilfunk Basisstationen in einem großvolumigen Markt genutzt werden kann. Die Ergebnisse des Projekts können hierbei einen wesentlichen Beitrag leisten. Dabei dienen die Aufklärung von Alterungsprozessen und die Erstellung des Stackmodells dazu, in neuen Systemen die Steuerung derart anzupassen, dass kritische Betriebsbereiche vermieden werden und die Brennstoffzellen in einem Stabilen Bereich Betrieben werden. Die Verwendung neuer Materialien sowie die Verbesserung der eingesetzten Funktionsschichten dienen dazu, die Leistungsfähigkeit späterer Systeme zu steigern und die Kosten der DMFC-Systeme zu senken. Durch einen erhöhten Brennstoffnutzungsgrad infolge geringer Methanolpermeation erlauben Membran-Elektroden-Einheiten (MEAs), die auf den eingesetzten neuartigen Polymeren beruhen, eine Verbesserung des Brennstoffnutzungsgrades von DMFC-Systemen im Leistungsbereich von einigen Watt bis max. 5 kW. Dies stärkt die Stellung der DMFC in Konkurrenz zu alternativen Wegen der Strombereitstellung (wie z.B. über aufladbare Batterien oder auch wasserstoffbetriebene Brennstoffzellen) und wird damit zu einer schnelleren Markteinführung dieser speziellen Brennstoffzellentechnologie beitragen. Zwar gelang es durch das neue Membranmaterial die Brennstoffnutzung zu steigern, allerdings konnte nicht die gleiche elektrochemische Leistungsfähigkeit erreicht werden wie mit Nafion. Der Verminderte Wasserdurchtritt durch die Membran verbessert jedoch die Leistungsfähigkeit bei geringen Luftüberschüssen, so dass die neuen Materialien trotz der geringeren elektrochemischen Leistungsfähigkeit, Vorteile im Wasserautarken Systembetrieb erbringen. Damit bieten die entwickelten MEAs nach Abschluss des Projektes noch nicht ein ausreichend hohes Potenzial, sich gegen die etablierten MEAs auf Basis von Nafion durchzusetzen. Für eine Weiterverwertung stehen dennoch zahlreiche wissenschaftliche und technische Ergebnisse zur Verfügung, die auch für andere Einsatzfelder dieser Materialien, beispielsweise in PEFCs von Interesse sein können: (1) Herstellung von Dispersionen mit Hexanol (2) Untersuchungen des Fügeverfahrens (3) Entwicklung von unterschiedlichen Beschichtungstechniken zur Erzeugung von Gasdiffusionselektroden. Schutzrechtsanmeldungen zu Projektergebnissen wurden seitens des Forschungszentrums Julien nicht gemacht.
Verbesserung der Leistung und Alterungsstabilität von Direktmethanol-Brennstoffzellen der kW-Klasse. Abschlussbericht. Laufzeit des Vorhabens: 01.10.2009 - 31.03.2013
2013
116 Seiten, Bilder, Tabellen, Quellen
Report
German
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