AiF-FV-Nummer 20738

GraphenBlocker - Kosteneffizienter Herstellungsprozess für protonenleitende Hochleistungsmembranen mit Graphen-Diffusionssperre für die Direkt-Methanol-Brennstoffzelle


Status & Laufzeit

Laufend: 01.07.2019 bis 30.06.2021

Forschungsstellen

  • Leibniz-Institut für Plasmaforschung und Technologie e.V. (INP Greifswald)
    Felix-Hausdorff-Str. 2, 17489 Greifswald
    http://www.inp-greifswald.de

  • Karlsruher Institut für Technologie (KIT) Institut für Thermische Verfahrenstechnik, Professur Thin Film Technology
    Engelbert-Arnold-Str. 4, Geb. 10.91, 76131 Karlsruhe
    http://www.tvt.kit.edu/index.php

  • Zentrum für BrennstoffzellenTechnik gGmbH
    Carl-Benz-Str. 201, 47057 Duisburg
    http://www.zbt-duisburg.de/

Zusammenfassung

Protonenleitende Membranen sind das Herzstück elektrochemischer Energietechnologien, verfügen aber über eine niedrige Selektivität, wodurch Leistungsfähigkeit und Lebensdauer der Systeme in der Anwendung erheblich reduziert werden. Graphen qualifiziert sich als Protonenleiter und Barrierematerial sowie durch seine herausragende mechanische Stabilität zu einer idealen Membrankomponente, die eine deutliche Erhöhung der Leistungsfähkeit und der Langzeitstabilität gewährleisten kann. In diesem Vorhaben soll ein atmosphärisches plasma-gestütztes Syntheseverfahren zur Herstellung eines Graphen-Suspensionsproduktes aus Alkohol optimiert und ein angepasster Membranbeschichtungs- und -trocknungsprozess für die Herstellung von großflächigen Graphen-Blocker-Membranen entwickelt werden. Die GraphenBlocker-Membran wird zu einer Membran-Elektoden-Einheit verarbeitet und abgestimmte Flowplates konzipiert und angefertigt. Die neue MEA auf der Basis der GraphenBlocker-Membran wird in einer Direkt-Methanol-Brennstoffzelle (DMFC) elektrochemisch hinsichtlich der Methanol-Permeation unter verschiedenen Betriebsbedingungen charakterisiert. Nach erfolgreicher Durchführung des Vorhabens wird ein kostengünstiges Fertigungsverfahren zur Herstellung von effizienten und langlebigen protonenleitenden Membranen mit hoher Zyklenbeständigkeit für die DMFC vorliegen. Das Projekt adressiert damit einen hochaktuellen Brennpunkt der Materialforschung und –entwicklung für die Energiewandlung. Neben den Partnern im Projektbegleitenden Ausschuss werden auch anderen vorrangig mittelständigen Firmen neue Marktrouten eröffnet, z. B. im Bereich Maschinen- und Anlagenbau, Membranherstellern, Brennstoffzellen, Wasserstofftechnologie und Bereitstellern netzferner Energie und portabler Elektronik.

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.