AiF-FV-Nummer 39 EWN

Entwicklung einer neuen Materialklasse von hochstabilen Elektrokatalysatoren für Kathoden von PEM‐Brennstoffzellen (PEMFC) auf Basis von lasergenerierten Materialien


Status & Laufzeit

Laufend: 01.01.2019 bis 31.12.2021

Forschungsstellen

Zusammenfassung

Ein zentrales Problem bei der Elektrokatalyse in PEM-Brennstoffzellen sind die kostenintensiven, edelmetallhaltigen Materialien sowie der korrosionsanfällige Kohlenstoffträger, der während des Betriebs nicht stabil genug ist und so die Brennstoffzelle kontinuierlich an Leistung verliert. Um dieser Problematik entgegenzuwirken, wird im Rahmen dieses Vorhabens eine neuartige Materialklasse von elektrochemisch stabilen und gleichzeitig hochaktiven Elektrokatalysatoren mit geringem Edelmetalleinsatz in der Elektrode entwickelt. Hierbei werden vor allem für die anspruchsvolle Kathodenreaktion (ORR) hochreine Legierungsnanopartikel in der als ideal erkannten Partikelgröße (ca. 4 nm) über gepulste Laserablation in Flüssigkeiten erzeugt und anschließend auf hochstabile, hartstoffbasierte Substrate als Trägerkomponenten (TiB2, TiN, TiC, B4C, ca. 30 - 100 nm) aufgebracht. Neu ist -neben dem Einsatz von Laserverfahren an sich- einerseits die Größenreduktion der Substrate und damit die Herangehensweise zur Herstellung dieser Materialien in bisher nicht vorhandenen Partikelgrößen, sowie andererseits die Verwendung dieser neuartigen laserbasierten Materialien in Brennstoffzellen. Nach Herstellung stabiler Katalysatordispersionen auf Basis der neuen Materialien werden diese zu strukturell angepassten Kathoden-Katalysatorschichten verarbeitet, die eine sehr hohe Ausnutzung des eingesetzten Platins erlauben. Anschließend werden die elektrochemischen Eigenschaften sowohl der neuartigen Katalysatoren als auch der Katalysatorschichten im Vergleich mit Referenzmaterialien aufgeklärt. Diese Entwicklung einer neuartigen Materialklasse von Elektrokatalysatoren kommt vor allem kmUs oder neu zu gründenden Unternehmen zu Gute, da durch sie meist eine schnelle Kommerzialisierung radikaler technologischer Fortschritte erfolgen kann und sie somit einen wichtigen Transferkanal für eine zeitnahe Vermarktung neuer Produkte darstellen.

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.