e!Polycat Pt-freie Katalysatorsysteme und ethanolbeständige Polysaccharid-Membranen für die alkalische DEFC

Projektverlauf

Ziel des Projektes war die Entwicklung von hocheffizienten Pt-freien Katalysatoren und biopolymeren Elektrolytmembranen, welche die Schlüsselaspekte der DEFC-Technologie darstellten. Bi- und ternäre platinfreie Katalysatorsysteme (wie z.B. Ni, Bi und Pd) wiesen im alkalischen Medium hohe Stabilität und Aktivität der Ethanoloxidation auf. Die molekulare Struktur, die Hydrophilie, die Ionenleitfähigkeit und die Ethanolpermeabilität der Membranen wurden bestimmt. Das biopolymere Chitosan ist das viel-versprechendste Material für DEFC-Membranen. Daneben wurden auch für andere Polysaccharidmaterialien, wie beispielsweise für modifizierte Hydroxyethylcellulose, die Membraneigenschaften durch chemische Modifikation des Polymers verbessert.

Methodische Vorgehensweise:

Verschiedene Herstellungsmethoden (Imprägnierungs-, Instant-, Wasser in Öl-Mikroemulsions-, wässrige Lösungsphasenherstellungsmethode etc.) zur bi- und polymetallischen Ab-scheidungen (z.B. Ni, Bi und Pd) auf Kohlenstoff basierten Trägermaterialien wurden zur effizienten Bereitstellung von Pt-freien Anodenkatalysatoren untersucht.

Für die Herstellung der Anionenaustauschermembranen (AEMs) wurden vier Ansätze verfolgt:
(1) Herstellung von Polymerblends aus Polysacchariden; 
(2) Herstellung von Hybridmembranen mittels Sol-Gel Verfahren; 
(3) Layer by Layer Beschichtung zur Verbesserung der Membraneigenschaften und (4) Kationisierung und Vernetzung zur Modifikation der hergestellten AEMs.

Nach erfolgreicher ex-situ Charakterisierung der neuartigen Materialien wurden diese zu Membran-Elektroden-Einheiten (MEEs) weiterverarbeitet und in der DEFC charakterisiert. Mit den gewonnenen Ergebnissen wurden weitere Verbesserungsmaßnahmen erarbeitet.

Meilensteine

1. Projektmanagement: Die Zwischenberichte und der Endbericht werden gemäß den allgemeinen Förderbedingungen der FFG übermittelt.
2. Herstellung von mindestens einer PS-Membran aus jedem Verfahren
3. Auswahl des geeignetsten Katalysatorsystems und Trägermaterial
4. Evaluierung der katalytischen Aktivität und Selektion
5. Auswahl einer geeigneten Membran-Elektroden-Einheit
6. Charakterisierung der Komponenten der Brennstoffzelle

Ergebnisse

Durch die Entwicklung der neuartigen aktiven und stabilen ternären Kohlenstoff geträgerten Pd basierten Anodenkatalysatoren mit hoher Zwischenprodukttoleranz gegenüber der alkalischen Ethanol-oxidationsreaktion und der stabilen Chitosan basierten AEMs mit geringer Ethanolpermeabilität und zufriedenstellender Anionenleitfähigkeit wurde ein wesentlicher Fortschritt in der Katalysator- sowie auch in der Membranforschung für die alkalische DEFC erreicht.

Downloads

• ePolycat-publizierbarer-Endbericht.pdf