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Institut für Energie- und Klimaforschung

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Zellkomponenten

• Korrosionsuntersuchungen an Bipolarplatten
• GDL Strukturaufklärung
• Phosphorsäure-Verteilung und -Dynamik in HT-PEFC MEAs
• Membran und Elektroden Struktureigenschaften in HT-PEFC MEAs

Die Strömung von Fluiden durch poröse Bereiche ist eine wesentliche Voraussetzung für den Betrieb von Brennstoffzellen. Dabei ist die Kenntnis der genauen Struktur der porösen Bereiche wichtig, denn die Eigenschaften des Stofftransportes sind mit der Struktur des Festkörpers gekoppelt. Eine solche Charakterisierung findet in Kooperation mit anderen Einrichtungen statt [1]. Neben den porösen Strukturen sind auch die Vorgänge in der angrenzenden Katalysator-Schicht und der Membran von großer Bedeutung [2,3]. Ein spezieller Fokus liegt dabei auf der Aufklärung des Verhaltens der Phosphorsäure (des Elektrolyten) während unterschiedlicher Betriebszustände [4,5].
Besonders bei höheren elektrischen Potentialen treten Alterungsphänomene an verschiedenen Zellkomponenten wie z. B. den Bipolarplatten auf. Die elektrochemische Charakterisierung solcher Vorgänge und letztendlich Maßnahmen zur Verringerung dieses Einflusses bilden einen weiteren Schwerpunkt [6]. Bild 1 zeigt eine elektrochemische Zelle mit 3-Elektroden-Anordnung, welche für die Materialcharakterisierung entwickelt wurde. Es können unterschiedliche Material-Elektrolyt-Kombinationen untersucht werden, wobei sowohl der Einfluss der Temperatur als auch des angelegten elektrischen Potentials berücksichtigt wird.

Elektrochemische Zelle mit 3-Elektroden-AnordnungBild 1: Elektrochemische Zelle mit 3-Elektroden-Anordnung


[1] C. Tötzke, I. Manke, G. Gaiselmann, J. Bohner , B. Müller, A. Kupsch, M. P. Hentschel, V. Schmidt, J. Banhart, W. Lehnert; A Dedicated Compression Device for High Resolution X-ray Tomography of Compressed Gas Diffusion Layers, Review of scientific instruments, 86 (2015) 043702

[2] W. Maier, T. Arlt, K. Wippermann, C. Wannek, I. Manke, W. Lehnert, D. Stolten; Correlation of Synchrotron X-ray Radiography and Electrochemical Impedance Spectroscopy for the Investigation of HT-PEFCs, J. Electrochem. Soc 159 (2012) F398-F404

[3] D. Froning, W. Maier, J. Groß, T. Arlt, W. Lehnert, D. Stolten; Evaluation of structural change of HT-PEFCs from in-situ in-situ synchrotron X-ray radiographs, J. Hydrogen Energie 39 (2014) 9447-9456

[4] O. Holderer, O. Ivanova, B. Hopfenmüller, M. Zamponi, W. Maier, A. Majerus, W. Lehnert, M. Monkenbusch, R. Zorn; Observing proton motion on the nanoscale in polymeric electrolyte membranes with quasielastic neutron scattering, Int. J. Hydrogen Energie 39 (2014) 21657-21662

[5] M. Khaneft, O. Holderer, O. Ivanova, W. Lüke, E. Kenzinger, M.S. Appavou, R. Zorn, W. Lehnert, Structure and proton dynamics in catalytic layer for HT-PEFC, Fuel cells, March 2016 accepted,10.1002/fuce.201500167

[6] V. Weissbecker, K. Wippermann, W. Lehnert; Electrochemical Corrosion Study of Metallic Materials in Phosphoric Acid as Bipolar Plates for HT-PEFCs, J. Electrochemical Soc. 161 (2014) F1437-F1447

 


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