Neue Maschinen, Werkstoffe und Verfahren

SKZ: Bewertungen von Kunststoffkomponenten in Brennstoffzellen

Im Projekt Evoplast sollen Entscheidungskriterien für Eigenschaftsprofile von Thermoplasten entwickelt werden, die Einsatz in diesem wichtigen Zukunftsfeld finden.

Das Kernstück jeder Brennstoffzelle ist die Membran-Elektroden-Einheit (MEA). Diese reagiert empfindlich auf sogenannte Leachingprodukte. Es können durch Abbauprodukte oder unreine Kunststoffe aktive Katalysatorplätze belegt oder die leitfähige Membran geschädigt werden. Die Degradation der Brennstoffzelle kann reversible oder irreversible sein – je nach analysiertem Werkstoff. Daher müssen Anforderungskriterien hinsichtlich Migration von Bestandteilen aus dem Material und des Alterungsverhalten der eingesetzten Kunststoffmaterialien definiert werden.

In dem Forschungsprojekt Evoplast des Zentrum für BrennstoffzellenTechnik (ZBT), Duisburg, und des SKZ, Würzburg, sollen Entscheidungskriterien für Eigenschaftsprofile von Thermoplasten definiert werden. Diese finden v. a. Verwendung auf der Anode im PEM-Brennstoffzellensystem (z. B. Gehäuse, Abdeckungen, Halterungen, Pumpen, Dichtungen und Leitungen) und haben somit Medienkontakt. Diese Eigenschaftsprofile werden anhand der folgenden, zu erarbeitenden, Kennzahlen definiert:

  • Bewertung der thermischen- und Medienbeständigkeit
  • Kriterien für Reinheit und Ausschluss von Verunreinigungen sowie
  • Ausschlusskriterien für bestimmte Polymere, Zuschlagstoffe, Additive oder Herstellmethoden

Diese Materialeigenschaften können in Kombination mit den spezifischen Anforderungen einer Brennstoffzelle zu deren Ausfall oder einer reduzierten Lebensdauer führen. Zusätzlich werden Alterungseigenschaften der Materialien im Anodenkreislauf (beeinflusst durch Wasserstoff, Temperatur und Feuchtigkeit) bestimmt und eine in-situ Qualifizierungsmethode für den Einsatz auf der Anodenseite des Systems entwickelt und etabliert, welche eine schnelle und kostengünstige Qualifikation von neuen Materialien zulässt.

Die erarbeiteten Entscheidungskriterien können für die Erstellung einer black list für auszuschließende Substanzen verwendet werden – ähnlich wie in der Lebensmitteltechnologie. Dabei sollen alle verwendeten Materialien „off-the-shelf Materialien“ sein, um die teuren, heute maßgeschneiderten thermoplastischen Compounds, Stähle, usw. für die Brennstoffzelle zu ersetzen und somit die Kosten des Systems zu reduzieren.

Die Ergebnisse, die durch das Forschungsvorhaben erzielt werden, sind grundsätzlich auf die PEM-Brennstoffzelle und den verschiedenen Betriebszuständen im Anodensystem anzuwenden und tragen damit erheblich zu einer nachhaltigen Entwicklung bei. Gerade Untersuchungen zur Materialqualifizierung auf der Anode sind im aktuellen Stand der Technik kaum zu finden, müssen aber für eine erfolgreiche Etablierung von Brennstoffzellen-Fahrzeugen auf dem Markt entwickelt werden.

Partner, die sich an diesem Wegbereiter-Projekt beteiligen wollen, sind willkommen.

www.skz.de
www.zbt.de