// Dynamischer Betrieb von PEM-Brennstoffzellen
Untersuchung des Degradationsverhaltens beim dynamischen Betrieb der Polymer-Elektrolyt-Membran-Brennstoffzelle (PEMFC)
Die PEMFC eignet sich aufgrund ihrer flexiblen Betriebseigenschaften und ihrer hohen Energieeffizienz als alternatives Antriebskonzept für Fahrzeuge. Für den Einsatz im Automobil sind eine hohe Leistungsdichte sowie eine hinreichend große Lebensdauer sicherzustellen. Besonders die beim dynamischen Betrieb auftretenden Zustände lokaler Unterversorgung mit Reaktandengas können eine beschleunigte Degradation und dadurch eine verkürzte Lebensdauer der PEMFC hervorrufen.
Die Methodik zur Untersuchung des dynamischen Betriebs wurde innerhalb eines abgeschlossenen sowie eines laufenden Förderprojekts weiterentwickelt und an spezifischen Komponenten erprobt, indem an Labor-Brennstoffzellen Einzel-Lastsprung-Experimente und dynamische Fahrzyklusexperimente durchgeführt wurden. Mittels nichtdispersiver Infrarot(NDIR)- Sensoren konnte das als Folge von lokalen Unterversorgungszuständen emittierte Kohlendioxid im Kathoden-/Anoden-Abgas detektiert werden. Weiterhin wurden diese Unterversorgungszustände während des dynamischen Betriebs mittels lokaler Stromdichtemessung untersucht und durch weitere Charakterisierungsuntersuchungen (U-I-Kennlinien, CV- und EIS-Messungen) unterstützt.
Es konnte eine signifikante Abnahme der Zellleistung infolge der kritischen Betriebszustände während des dynamischen Betriebs identifiziert werden, die einerseits mit der Reduzierung der elektrochemisch aktiven Oberfläche des Katalysators sowie andererseits mit der Zunahme der Stofftransport- und Zellwiderstände als Folge der Degradation erklärt werden können. Dies zeigt, dass eine adäquate Kontrollstrategie zur Vermeidung solcher kritischer Betriebszustände notwendig ist, um die Lebensdauer der PEMFC z. B. für die automobile Anwendung zu gewährleisten.
