Schwedische Forscher machen Verschleißprozesse in Brennstoffzelle sichtbar
Das schwedische Wissenschaftlerteam sagt zur Ausgangslage seiner Forschung, dass Wasserstoff-betriebene Brennstoffzellenfahrzeuge nur eine relativ kurze Lebensdauer aufweisen, „da sich die Komponenten der Brennstoffzellen, wie Elektroden und Membranen, mit der Zeit abnutzen“. Im Fokus haben die Forscher dabei vor allem schwere Nutzfahrzeuge, die 20.000 bis 30.000 Fahrstunden aushalten müssten, was BZ-Versionen ihren Angaben zufolge aktuell nicht schaffen.
Um die Mechanismen der Degradation besser zu verstehen, haben die Forscher eine Untersuchungsmethode geschaffen, durch die sich nachvollziehen lässt, wie sich das Material in der Brennstoffzelle sowohl auf Nano- als auch auf Mikroebene abbaut. So sei es möglich, „genau zu bestimmen, wann und wo der Abbau stattfindet“, was wertvolle Informationen für die Entwicklung neuer und verbesserter Brennstoffzellen mit längerer Lebensdauer liefere.
Konkret hat das Team der Chalmers University of Technology ein bestimmtes Partikel in der Brennstoffzelle während der Nutzung verfolgt. Dabei untersuchte es eine Brennstoffzelle, die es in regelmäßigen Abständen demontierte. Mit Hilfe von Elektronenmikroskopen ließ sich dann verfolgen, wie sich die Kathodenelektrode in bestimmten Bereichen während der Nutzungszyklen abbaut.
„Bisherige Studien wurden an so genannten Halbzellen durchgeführt, die der Hälfte einer Brennstoffzelle ähneln – aber nicht mit ihr identisch sind – und unter Bedingungen arbeiten, die sich deutlich von denen der echten Brennstoffzelle unterscheiden“, so Forschungsleiter Björn Wickman, außerordentlicher Professor am Fachbereich Physik in Chalmers.“Bisher ging man davon aus, dass die Leistung beeinträchtigt wird, wenn die Brennstoffzelle zerlegt und auf diese Weise untersucht wird. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass diese Annahme nicht zutrifft, was überraschend ist.“
Die Forschungsarbeit wurde von der Schwedischen Stiftung für Strategische Forschung und dem Schwedischen Forschungsrat bezuschusst und in drei verschiedenen wissenschaftlichen Artikeln vorgestellt – darunter im „Journal of Material Chemistry“. Laut Björn Wickman ist nun eine Grundlage für die Entwicklung besserer Brennstoffzellen geschaffen: „Wir wissen jetzt mehr über die Prozesse, die in der Brennstoffzelle ablaufen und zu welchem Zeitpunkt während der Lebensdauer der Brennstoffzelle sie auftreten. In Zukunft werden wir die Methode nutzen, um neue Materialien zu entwickeln und zu untersuchen, die der Brennstoffzelle eine längere Lebensdauer verleihen können.“
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