Das ZBT hat erstmals einen 3 kW-HT-PEM-Brennstoffzellenstack mit Flüssigkühlung demonstriert, der zur Versorgung einer Absorptionskälteanlage eingesetzt wird. In einem Projekt der Industriellen Gemeinschaftsforschung wurden sowohl der Brennstoffzellenstack als auch die Systemtechnik zur Kopplung mit der Kälteanlage am Partnerinstitut IUTA entwickelt.
In der HT-PEM wird in der Regel Phosphorsäure (H3PO4) als Elektrolyt in einen hochtemperaturbeständigen Kunststoff (z.B. Polybenzimidazol, PBI) eingebunden und somit die Protonenleitfähigkeit erreicht. Durch den Sprung auf Temperaturen zwischen 130 °C und 200° C können Hochtemperaturmembranen (HT-PEM) hinsichtlich der Empfindlichkeit gegenüber Schadgasen im Anodengas (insbesondere Kohlenmonoxid) Abhilfe schaffen. Gleichzeitig ermöglicht die hohe Betriebstemperatur auch eine optimierte Abwärmenutzung entweder innerhalb des Brennstoffzellensystems oder zur Versorgung von Wärmeverbrauchern.
Herausforderung ist aber die Identifikation geeigneter Materialien und Herstellverfahren für die Komponenten eines HT-PEM Stacks, hier insbesondere der Bipolarplatten, Dichtungen und auch geeigneter Kühlmedien. Alle diese Punkten konnten technologisch erfolgreich im Projekt gelöst und der Stack in Kombination mit der Kälteanlage eingesetzt werden.
Der 3 kW-Stack liefert so viel Abwärme, dass daraus ca. 1,8 kW Kälte praktisch ohne weiteren Energieeinsatz in der Kältemaschine generiert werden können. Durch das hohe Temperaturniveau der Abwärme der HT-PEM ist es zudem möglich, die Absorptionskältemaschine so zu betreiben, dass Kälte im für viele Anwendungen interessanten Bereich von 0°C erzeugt werden kann.
Durch die Entwicklung und Demonstration des flüssiggekühlten Stacks (3 kWel) hat das ZBT neue Anwendungsbereiche für die HT-PEM in Hinsicht auf zukünftige hoch integrierte Energieversorgungskonzepte eröffnet.
Die Arbeiten wurden im Projekt "Entwicklung eines stationären Brennstoffzellensystems auf Basis Hochtemperatur-PEM zur Bereitstellung von Strom, Wärme und Kälte" durchgeführt. Das Vorhaben 311 (01.01.2009 - 30.09.2011) wurde 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.
Weitere Informationen:
- HT-PEM Brennstoffzellenstacks
- Dichtungstechnologien
- Pritzgießen von HT BPP
- Charakterisierung von BZ Komponenten
- Abteilung Brennstoffzellen- und Systemtechnik
- Partner: IUTA
