Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Gepulste elektrophoretisch unterstützte Abscheidung von gradierten PEMFC-Katalysatorschichten aus flüssiger Dispersion: Strukturen und Gradienten

Ziel des Projekts ELPH-SCHICHT sind Leistungs- und Lebensdauersteigerung sowie die Verbesserung der Herstellbarkeit und Kommerzialisierung der MEA für Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzellen (PEMFC), vorangetrieben durch die Entwicklung und Demonstration von zwei neuartigen Beschichtungsverfahren. Dazu werden Verfahren der Oberflächenmodifizierung und der elektrophoretischen Abscheidung (EPD) kombiniert, um Katalysatorschichten mit einer senkrechten Gradientenstruktur herstellen zu können, erzeugt in einem Schritt aus einer einzigen Katalysatordispersion. Im Gegensatz zu elektrochemischen Abscheideverfahren ermöglicht EPD auch die Erzeugung einer Gradientenkatalysatorschicht auf einem Isolatorsubstrat, etwa einer Polymertransferfolie oder einer PEM. Ziel der Gradierung ist es, die PEMFC-Leistung durch optimierten Sauerstoff-, Wasser- und Protonentransport sowie optimierte Elektronenleitfähigkeit zu steigern. Zudem führt eine verbesserte Nutzung der (sehr kostenintensiven) Komponenten Elektrokatalysator (Platin) und Ionomer zu einer Erhöhung des PEMFC-Wirkungsgrads, wodurch die Energieumwandlungsverluste, die daraus resultierende Wärmeentwicklung und damit der beschleunigte Abbau der PEMFC reduziert werden. Damit verspricht die Entwicklung entsprechender industrierelevanter EPD-Beschichtungsverfahren für gradierte Katalysatorschichten eine beschleunigte Kommerzialisierung von PEMFCs. Aufgrund der steigenden Nachfrage nach PEMFC-Technologien ist der Einstieg und die langfristige Positionierung insbesondere für KMU in diesem Marktsegment wirtschaftlich sehr attraktiv. Mit Hilfe der im Projekt gewonnenen Erkenntnisse hinsichtlich optimaler Prozessparameter soll zukünftig eine (großtechnische) Serienfertigung von Hochleistungs-Gradientenkatalysatorschichten ermöglicht werden. Dies unterstützt insbesondere bestehende sowie neu zu gründende KMU in den Bereichen der CCM- oder MEA-Fertigung, der EPD-Beschichtung sowie weiterer Systemkomponenten für PEMFC-Stacks.