The hydrogen and
fuel cell center
ZBT GmbH

Projektstart HYDROMAG: Verbesserung des Wassertransports in PEM-Brennstoffzellen

Entwicklung von zwischen hydrophilem und hydrophobem Zustand magnetisch schaltbaren Schichten zur Verbesserung des Wassertransports in PEM-Brennstoffzellen (HYDROMAG)

Benetzbarkeit von mit hydrophoben Magnetitpartikeln beschichteten Oberflächen in Abhängigkeit der Magnetfeldstärke

Laufzeit: 01.01.2018 - 29.02.2020 Forschungsvereinigung: IUTA IGF-Nummer: 19818N​

Ziel des Vorhaben HYDROMAG ist es, über magnetisch schaltbare Strukturen auf der mikroporösen Schicht (MPL) und / oder in der Kathoden-Katalysatorschicht (CCL) das Wassertransportverhalten von PEMFC-Kathoden erstmals lokal einstellbar zu gestalten. Damit soll für unterschiedliche Betriebszustände (Stromdichte, Befeuchtung) jeweils ein verbesserter Wassertransport und damit eine bessere Leistung und höhere Lebensdauer der Zelle erreicht werden. Die Schaltbarkeit wird durch den Einsatz von Magnetit-Partikeln realisiert. Diese reagieren auf äußere, magnetische Stimuli und prägen den Oberflächencharakter durch deren Beschichtung. Das verwendete System kann zwei Schaltzustände beschreiben, siehe Abbildung: frei bewegliche Partikel bei Abwesenheit eines Magnetfeldes (H = 0) oder eine organisierte Ausrichtung der Partikel in einem Magnetfeld (H ≠ 0). Sind die Partikel mit einem stark hydrophoben Material beschichtet und ist der Untergrund hydrophil, organisieren sich die hydrophoben Partikel bei Anlegung eines Magnetfeldes entlang der Feldlinien und legen somit mehr Untergrund frei. Die Hydrophobie der Gesamtoberfläche sinkt dann.

 

PEMFC sind Niedertemperatur-Brennstoffzellen, die nur bis etwa 85 °C betrieben werden. Aufgrund der niedrigen Temperatur fällt ein Großteil des Reaktionsproduktes (Wasser) in flüssiger Form an. Um Benetzungs- und Flutungseffekte und damit Blockaden von Poren und Kanälen zu vermeiden, müssen die meisten Komponenten hydrophob sein. Die vollständige Abfuhr von Wasser bzw. Austrocknung der Zelle ist jedoch nicht erwünscht, da die Polymere nur dann leitfähig sind, wenn sie ausreichend Wasser enthalten. Durch eine schaltbare Hydrophobizität der Oberflächen könnte je nach Betriebspunkt überflüssiges Wasser auf Knopfdruck abgeführt oder zur Befeuchtung benötigtes Wasser stärker gebunden werden.

Eine Projekt der Abteilung Elektrochemie und Schichttechnik

Unser Forschungspartner: Universität Paderborn; Coatings, Materials & Polymer, Arbeitsgruppe Prof. Dr. W. Bremser