Am Zentrum für BrennstoffzellenTechnik werden innovative Mikrobrennstoffzellen für Anwendungen für Kleinstanwendungen wie unabhängige Sensornetzwerke oder im Bereich Internet der Dinge entwickelt. Herzstück dieser Mikrobrennstoffzellen ist eine Membran-Elektroden-Einheit auf Basis mikrostrukturierter Siliziummembranen. Diese werden über Prozesse der Halbleitertechnik hergestellt und ermöglichen die Integration sämtlicher Funktionen der Membran-Elektroden-Einheit auf einem Chip. Damit werden besonders dünne Energieversorgungssysteme realisiert, wie sie vor allem in der Konsumelektronik benötigt werden.
In einem gemeinsam mit dem Institut für Mikroelektronik Stuttgart (IMS CHIPS) durchgeführten und vom Bundeswirtschaftsministerium über die AiF geförderten Vorhaben konnte erfolgreich der Funktionsnachweis dieser Mikromembranen erbracht werden. Die Mikro-Membran-Elektroden-Einheiten sind bei einer Dicke von nur 5 µm mechanisch stabil und weisen eine Leistungsdichte von derzeit etwa 15 mW/cm2 auf. Die Verfahren zur Herstellung der µMEA erlauben die Skalierung der aktiven Fläche, sodass unterschiedliche Anwendungen realisierbar sind.
Auf dem Weg zu vollständigen Mikrobrennstoffzellensystemen müssen nun die weiteren Komponenten entwickelt werden. Neben der Entwicklung leistungsfähiger Systeme mit hohem Wirkungsgrad ist dabei vor allem der Wasserstoffträger entscheidend für die volumetrische Energiedichte der Mikrobrennstoffzellen. Eine interessante Lösung bietet Methanol, das als flüssiger Kohlenwasserstoff eine hohe Energiedichte (4500 Wh/l) mit einer einfachen Speichermöglichkeit in Kartuschen kombiniert. Hier ergeben sich allerdings Herausforderungen bezüglich der Umsetzung des Methanols in der Brennstoffzelle, da Methanol von der Anoden- zur Kathodenseite diffundiert und auf diese Weise Leistungsverluste verursacht.
Daher soll in einem neuen, zum 01. Juli gestarteten Projekt die Mikromembran für eine Anwendung als Direkt-Methanol-Brennstoffzelle weiterentwickelt werden. Dazu wird eine protonenleitende, nur wenige hundert Nanometer dicke Sperrschicht in die Mikromembranen integriert, um den Methanol-Crossover zu verhindern.
Das Forschungsvorhaben ist auf 2,5 Jahre angelegt und wird über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Die Durchführung erfolgt durch Zentrum für BrennstoffzellenTechnik und IMS CHIPS.
