In Zukunft werden Brennstoffzellen ein wichtiger Energielieferant für mobile und stationäre Anwendungen und somit Bestandteil der postfossilen Energieerzeugung sein. Dem technologischen und wirtschaftlichen Durchbruch müssen jedoch weitere Verbesserungen bei Lebensdauer, Robustheit, Funktionalität und Materialkosten vorausgehen.
Ziel des Bayerischen Forschungsverbundes ForOxiE2; war es daher, Materiallösungen und Brennstoffzellen-Komponenten mit verbesserten Eigenschaften bzgl. Stabilität, Aktivität und Funktionalität zu entwickeln.
rechts: Neues Verfahren zur Aufbringung von SOFC-Funktionsschichten – hier mittels aerosolbasierter Kaltabscheidung (ADM) in Form einer Barriereschicht aus Gadolinium-dotiertem Ceroxid (GDC) auf Kathodenseite. (Quelle: Lehrstuhl Funktionsmaterialien, Uni Bayreuth)
Unterteilt in die Themengebiete a) Elektrolyte, b) Elektroden sowie c) Prüf- und Fertigungsmethoden hat der Forschungsverbund, bestehend aus sechs Instituts- und acht Industriepartnern, neue Materialien und Fertigungsverfahren für die Polymerelektrolytmembran- (PEM) und die Festelektrolyt-Brennstoffzelle (SOFC) entwickelt, angepasst und erprobt. Für die PEM-Brennstoffzellen wurden leitfähigere und temperaturstabilere Komposit-Membranen (s. Abb. links) sowie fluorfreie Elektrolytmembranen aus ionischen Flüssigkeiten erfolgreich hergestellt und getestet. Außerdem konnten neue Erkenntnisse zu platinfreien Katalysatoren sowie zu hierarchisch strukturierten Katalysatorträgern gewonnen werden. Für die SOFC wurden protonenleitende keramische Elektrolyte erforscht. Die Forscher setzen neue Fertigungsprozesse wie die aerosolbasierte Kaltabscheidung (ADM, s. Abb. rechts) sowie additive Verfahren ein, um SOFC-Komponenten zu fertigen. In Zell- und Alterungsuntersuchungen wurde die Leistungsfähigkeit der entwickelten Komponenten erfolgreich geprüft. Die Untersuchungen reichen bis zur Betriebsoptimierung einer Wandler-/Speicher-Kombination aus Brennstoffzelle, Elektrolyseur und Batterie für zukünftige Herausforderungen in stärker fluktuierenden Stromnetzen.
