AiF-FV-Nummer 21430

Entwicklung einer stofftransport- und porositätsoptimierten gradierten Katalysatorschicht mit hoher Platin-Ausnutzung für PEM-Brennstoffzellen durch Kombination von Laserablations- und Nassmahltechnologien

Status & Laufzeit

Abgeschlossen: 01.12.2020 bis 30.11.2023

Forschungsstellen

Zusammenfassung

Eine zentrale Herausforderung bei der Elektrokatalyse in Polymer-Elektrolyt-Membran (PEM)-Brennstoffzellen sind die kostenintensiven, edelmetallhaltigen Materialien sowie die korrosionsanfälligen Trägermaterialien. Im geplanten Vorhaben wird ein innovatives Konzept zur Herstellung neuartiger Katalysatoren und darauf aufbauender gradierter Katalysatorschichten für die kathodenseitige Anwendung in PEM-Brennstoffzellen entwickelt. Neuartig ist hierbei die Kombination von nassgemahlenen, größenoptimierten Trägerpartikeln und lasergenerierten Aktivmaterialien (ligandenfreie Platin-Nanopartikel), die erstmals voneinander unabhängig optimiert und hergestellt werden können. Diese hochgradig innovative Entkopplung der Prozessschritte ermöglicht es, eine Matrix von unterschiedlichen Katalysatortypen mit variabel einstellbaren Eigenschaften herzustellen, die zu gradierten, porositätsoptimierten Katalysatorschichten verarbeitet werden. Die Strukturierung dieser Schichten stellt einen optimierten Protonen-, Elektronen-, Wasser- und O2-Transport sicher und sorgt zugleich für eine Kosteneinsparung durch Reduzierung der Pt-Menge. Das Projekt TRAGRAKAT trägt damit durch eine Verbesserung der Kathode wesentlich zu einem Voranschreiten der Kommerzialisierung von PEM-Brennstoffzellen bei und stärkt zugleich durch das Einbinden interessierter kmU den Wirtschaftsstandort Deutschland. Die Arbeitsbereiche der an diesem Vorhaben interessierten kmU sind die Themen Elektrokatalysatoren (Herstellung, Modifikation), Katalysatordispersionen (Geräte und Verfahren zur Herstellung und Charakterisierung), Katalysatorschichten (Herstellung von Kathoden-Katalysatorschichten und Membran-Elektroden-Einheiten). Dies wird ergänzt durch Laserablationstechnik, allgemeine Lasertechnik und lasergenerierte Nanomaterialien. Ebenso relevant ist dieses Projekt für kmU in den Bereichen kolloidale Nanomaterialien (Verarbeitung, Charakterisierung), Abtrennung von Katalysator-Mikropulvern und Edelmetallrecycling.

Förderhinweis

Das Forschungsvorhaben der Forschungsvereinigung Umwelttechnik wird / wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.