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BMWi-Projekt HIFIPEFC

Hochtemperaturfeste funktionalisierte protonenleitende ionische Flüssigkeiten für Mittel- bis Hochtemperatur-Polymerbrennstoffzellen

Partner:

·        Forschungszentrum Jülich GmbH, IEK-14 (Koordinator), http://www.fzj.de
        Helmholtz-Institut Ulm (HIU), Prof. Dr. Stefano Passerini (http://www.hiu-batteries.de)

Unterauftragsnehmer:

·        Iolitec GmbH (https://iolitec.de)
·        FCBAT - Fuel Cell and Battery Consulting (http://www.fcbat.eu)

Projektbeirat:

·        Freudenberg GmbH (Freudenberg Sealing Technologies) (https://www.freudenberg.com)
·        Danish Power Systems (http://daposy.com)

Der Betrieb einer Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle (PEFC) bei einer erhöhten Betriebstemperatur von 110 – 130 °C würde ein vereinfachtes Zellenlayout ohne aktives Wassermanagement (keine Befeuchtung des Wasserstoffs und der Luft), eine effektivere Kühlung, die Nutzung von Abwärme und eine geringe Em­pfindlichkeit gegenüber Verunreinigungen in den zugeführten Gasen ermöglichen. Sulfonierte Fluorpolymermembranen wie Nafion© oder Aquivion© setzen eine ausreichende Wasserquellung voraus. Dies beschränkt den (atmosphärischen) Betrieb auf unter 80 °C und erfordert eine Befeuchtung der zuge­führten Gase bzw. eine Wasserrezyklisierung. Eine höhere Betriebstemperatur erleichtert die Nutzung als Energiequelle in künftigen Elektrofahrzeugen. Höhere Betriebstemperaturen sind z.Z. nur durch Druckbetrieb möglich (Einsatz von Kompressoren).

Für den angestrebten Betriebstemperaturbereich gibt es daher einen Bedarf an neuen nichtwässrigen protonenleitenden Elektrolyten. Protonenleitende ionische Flüssigkeiten (PIL) mit stark aziden Sulfoalkylammoniumkationen sind vielversprechende Kandidaten als Elektrolyte für den Einsatz in einer künftigen Mitteltemperatur-PEFC. Im Rahmen des laufenden Projekts werden geeignete Ausgangsverbindungen charakterisiert und in Hinblick Protonenleitfähigkeit und Sauer­stoffreduktionskinetik ausgewählt und modifiziert. Die PILs werden in einer Polymermatrix immobilisiert oder in polymerisierter Form (Poly-IL) verwendet, um mechanisch robuste Membranen zu erhalten. Ziel ist es, den Betrieb einer PEFC auf PIL-Basis zu demonstrieren.