AiF-FV-Nummer 18771 N

Entwicklung einer Crossover-freien Micro-Direkt-Methanol-Brennstoffzelle auf Basis Mikroelektromechanischer Systeme


Status & Laufzeit

Abgeschlossen: 01.07.2015 bis 30.06.2018

Forschungsstellen

Zusammenfassung

Ziel des Projekts ist die Entwicklung einer leistungsfähigen mikroelektromechanischen Membran-Elektroden-Einheit für Mikro-Direkt-Methanol-Brennstoffzellen, die keinen Methanol-Crossover aufweist und dadurch konventionelle DMFC-Membranen im Hinblick auf Wirkungsgrad und Kompaktheit deutlich übertrifft. Zur Erreichung des Forschungszieles wird eine dünne (100 – 1000 nm), hochdotierte SiO2-Diffusionssperrschicht entwickelt, die zur Vermeidung von bislang problematischen Spannungsrissen in eine mikrostrukturierte Si- bzw. Si3N4-Trägermembran integriert wird. Durch die Beschichtung mit einer funktionalen Stromableiter-/Katalysatorschicht wird diese Membran schließlich zu einer vollständigen Membran-Elektroden-Einheit erweitert und ein Brennstoffzellen-Funktionsmuster aufgebaut, welches eingehend auf Leistungsfähigkeit und Lebensdauer getestet wird. Der Fokus des Projekts liegt in der Entwicklung eines Prozesses zur Herstellung protonenleitender SiO2-Schichten mit Leitfähigkeiten über 1,25*10-4 S/cm und deren Integration in eine Trägermembran, welche eine Dicke von weniger als 5 µm aufweist und über protonenleitende Mikrokanäle mit einem Durchmesser kleiner 1 µm verfügt. Daneben sind die Entwicklung einer Stromableiter-/Katalysatorschicht mit hoher elektrischer Leitfähigkeit und katalytischer Aktivität als Ersatz für konventionelle Gasdiffusionslagen und der Aufbau eines Brennstoffzellen-Funktionsmusters mit einem Wirkungsgrad von über 40 % angestrebte Ergebnisse des Vorhabens. Durch die Vermeidung des Methanol-Crossover wird zudem der Betrieb mit stöchiometrischen Methanol-Wasser-Gemischen möglich. Die im Projekt erzielten Ergebnisse fördern die Etablierung einer Industrie für Mikrobrennstoffzellen, von der kmU der Mikrosystemtechnik, der Mikroelektronik und der Aufbau- und Verbindungstechnik profitieren. Mittelfristiges Ziel ist es, eine vollständige Wertschöpfungskette zur Herstellung eines Mikrobrennstoffzellensystems durch Unternehmen aus Deutschland zu realisieren.

Förderhinweis

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