Wasserstoffbrennstoffzellen sind Geräte, die durch elektrochemische Reaktionen in elektrische Energie umgewandelt werden können und Lösungen mit Entwicklungsperspektiven für die Elektrifizierung von Fahrzeugen im großen Maßstab bieten. Die Vorteile von Brennstoffzellen aus Protonenaustauschmembranen auf Basis niedriger Temperaturen (unter 100 Grad C) sind im Transportbereich besonders offensichtlich, da sie weniger Lärm machen, eine hohe Leistungsdichte aufweisen und mit einer kleinen Menge Wasserstoff Fahrzeuge über lange Zeit mit Strom versorgen können.
Obwohl die Entwicklungsaussichten sehr gut sind, können solche Niedertemperatur-Brennstoffzellen nur in einer Umgebung mit reinem Wasserstoff und komplexen Wärme- und Wassermanagementsystemen normal laufen, was ihre Verwendung in der realen Welt einschränkt. Eine Erhöhung der Betriebstemperatur von Brennstoffzellen auf 120 bis 150 Grad Celsius kann dazu beitragen, diese Anforderungen zu reduzieren, die Toleranz der Brennstoffzellen gegenüber Wasserstoffverunreinigungen zu erhöhen und das interne Kühl- und Wassermanagementsystem zu vereinfachen.
Laut ausländischen Medienberichten haben Forscher am Korea Institute of Science and Technology kürzlich einen neuen Typ Polymerelektrolyt (PEM) für Brennstoffzellen entwickelt, der bei hohen Temperaturen von über 200 °C bis 250 °C betrieben werden kann. Dieser PEM basiert auf einem einzigartigen Unterträger und kann als selbstorganisierendes Netzwerk verwendet werden, um die Protonenleitung zu fördern.
Die Forscher Seungju Lee, Jong Geun Seong und ihre Kollegen wiesen in ihren Artikeln darauf hin: „Der Betrieb von PEM-Brennstoffzellen bei hohen Temperaturen kann das Wassermanagement vereinfachen und die Integration von hochreinen Brennstoffaufbereitungseinheiten ermöglichen. (PBI) PEM-Brennstoffzellen stehen vor der Herausforderung einer instabilen Protonenübertragung bei über 160 Grad Celsius. Wir haben eine PEM aus PBI, PBI und Chlorpylen (CEHP) untersucht, die in Gundam-Brennstoffzellen bei 250 Grad Celsius eingesetzt werden kann.“
Forscher haben herausgefunden, dass sich bei Temperaturen über 200 Grad Celsius die Hauptmethode der Protonenübertragung der von ihnen entwickelten PEM ändert, sodass Brennstoffzellen bei 250 Grad Celsius betrieben werden können. Vorläufige Tests zeigen, dass die aus dieser Folie hergestellten Brennstoffzellen eine hervorragende elektrochemische Leistung aufweisen. Im Vergleich zu anderen bestehenden Brennstoffzellen, die in derart heißen Umgebungen betrieben werden, haben sie eine höhere CO-(Kohlenmonoxid-)Fähigkeit und eine längere Laufzeit.
Die Forscher Lee, Seong und ihre Kollegen schrieben in ihren Artikeln: „Während des Herstellungsprozesses bilden die seeigelähnlichen CEHP-Partikel ein dezentrales und verbundenes Selbstorganisationsnetzwerk in der PBI-Matrix. Ihre Protonenübertragungsleistung über 200 Grad Celsius ist besser als die von P-PBI und herkömmlichen CEHP-PEM. Die maximale Leistungsdichte in einer Umgebung mit einer Temperatur von 50 Grad Celsius beträgt 2,35 Watt/Quadratzentimeter, und in einer Umgebung mit Wasserstoff/Luft und einer Temperatur von 160 Grad Celsius bis 240 Grad Celsius tritt bei einer Wärmezirkulation über 500 Stunden praktisch keine Leistung auf, ohne dass die Leistung abnimmt.
Die Forschung von Lee, Song und ihren Kollegen könnte schnell neue Möglichkeiten für Brennstoffzellen eröffnen, die besser und für transportbezogene Anwendungen geeignet sind. Obwohl das neue PEM des Teams ein sehr vielversprechendes Ergebnis erzielt hat, kann es erst nach der Überwindung einer Reihe technischer Probleme kommerzialisiert werden. Das Wichtigste ist, dass Wissenschaftler und Ingenieure zunächst die Entwicklung stabiler Katalysatoren und Klebstoffe bestimmen müssen, die über einen langen Zeitraum bei hohen Temperaturen über 250 Grad C verwendet werden können.