AiF-FV-Nummer 22598

Selbsttragende, strukturierte, elektrogesponnene Kohlenstoffnanofaservlies-basierte Hochleistungs-Katalysatorschichten für PEM-Brennstoffzellen

Status & Laufzeit

Laufend: 01.09.2022 bis 28.02.2025

Forschungsstellen

Zusammenfassung

Ziel des hier vorgeschlagenen Vorhabens ist es, eine Erhöhung der Leistungsfähigkeit, Haltbarkeit und Lebensdauer sowie eine Verbesserung der Herstellbarkeit und Kommerzialisierbarkeit von Polymer-Elektrolyt-Membran-Brennstoffzellen (PEMFC) zu ermöglichen. Dies erfolgt durch die Entwicklung und Demonstration einer neuartigen Synthesemethode als skalierbares und großserientaugliches R2R-Verfahren zur Herstellung von selbsttragenden und strukturierten, elektrogesponnenen Kohlenstoffnanofaservlies-basierten Katalysatorschichten (Pt/CNF-KS). Mit solchen freistehenden Katalysatorschichten (KS) auf Rolle wird darauf abgezielt, die elektrische, aber auch die thermische Leitfähigkeit dieser Schichten zu erhöhen, gleichzeitig die Pt-Ausnutzung zu maximieren, sowie Stofftransport und Elektrodenhaltbarkeit signifikant zu verbessern. Die Kombination fortschrittlicher Synthesemethoden für CNF-basierte Katalysatorträgerstrukturen (Elektrospinnen, Oxidation, Karbonisierung) mit Verfahren: (i) zum Versetzen der PAN-basierten Spinnlösung mit Platin-Nanopartikeln (Pt-NP) bzw. (ii) zu in situ Abscheidungsmethoden für Pt-NP oder Pt-Präkursoren im Fasermantel durch Koaxial-Elektrospinnen oder (iii) zur nachträglichen Pt-Abscheidung (Reduktion Pt-Präkursor, Einsatz von Pt-Kolloid), ermöglicht eine vollständige Kontrolle über die chemischen, morphologischen und so auch die elektrochemischen Eigenschaften der neuartigen Katalysatorschichten. Aufgrund der steigenden Nachfrage nach PEMFC-Technologien ist der Einstieg und die langfristige Positionierung vor allem von KMU in diesem Marktsegment wirtschaftlich sehr attraktiv. Mit Hilfe der hier gewonnenen Erkenntnisse hinsichtlich optimaler Prozessparameter soll zukünftig eine (Groß-) Serienfertigung von Pt/CNF-KS auf Rolle realisiert werden können. Dies unterstützt insbesondere bestehende wie auch neu zu gründende KMU aus den Geschäftszweigen Textil, Beschichtung, Applikation und CCM bzw. MEA-Fertigung sowie PEMFC-Komponenten und -Stacks.

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.