FC-RAT: Wie Brennstoffzellen für den Schwerlastverkehr altern

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Im Energiesystem der Zukunft fahren zahlreiche PKW batteriebetrieben. Fahrzeuge für den Güter- und Schwerlastverkehr lassen sich hingegen kaum elektrifizieren: Zu groß ist das Gewicht, zu weit sind die Strecken. Um LKW und Busse trotzdem klimafreundlich zu nutzen, eignet sich der Antrieb entweder mit synthetischen Kraftstoffen oder direkt mit Wasserstoff. Für den Direktantrieb braucht es Brennstoffzellen, die die chemische Energie des Wasserstoffs in Bewegungsenergie umwandeln. Um möglichst effiziente und langlebige Zellen entwickeln zu können, ist es wichtig, zu wissen wie Brennstoffzellen altern – und wie diese Alterung verlangsamt werden kann. Dazu gehört auch die Frage, welche Betriebsstrategien dazu beitragen, dass Brennstoffzellen effizient laufen und dabei möglichst wenig Leistung verlieren. Genau das untersucht das Projekt FC-RAT. Erst im Labor, später auch in der Praxis mit kommerziellen Brennstoffzellen.

CORAL-HD: Brennstoffzellen-Elektroden mit langer Lebensdauer für Nutzfahrzeuge

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Wie das Projekt FC-RAT widmet sich auch Coral-HD der Verbesserung von Brennstoffzellen für den Nutzverkehr. Während sich FC-RAT der Alterung von Brennstoffzellen eher analytisch nähert und sich den Auswirkungen von Betriebsstrategien auf die Lebenserwartung widmet, wird’s bei CORAL-HD praktisch: Das Projekt will Materialien für besonders langlebige (> 30.000 Stunden) Brennstoffzellen-Elektroden entwickeln. 

ECatPEMFCplus: Wie eine innovative Anode Korrosion an Brennstoffzellen verhindern soll

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Wie die Projekte FC-RAT und CORAL-HD verschreibt sich auch das Projekt ECatPEMFCplus dem Ziel, die Lebensdauer von Brennstoffzellen für mit Wasserstoff betriebene Fahrzeuge zu erhöhen. Im Speziellen konzentriert sich das Projekt auf die Anoden der häufig verwendeten Protonen­aus­tausch­membran-Brennstoffzellen (PEMFC). Sie gewinnen aus Wasser­stoff und Sauerstoff aus der Luft Strom, den dann ein E-Motor für elektrischen Antrieb nutzt. Die Brennstoffzelle muss unter harschen Bedingungen arbeiten. Beispielsweise muss sie auch bei niedrigen Tempera­turen starten und schnell zwischen Bremsen und Beschleunigen wechseln. Dadurch kann es zu einer Spannungsumkehr kommen, die wiederum zu Kohlenstoffkorrosion an der Anode der Zelle führt. Das zerstört nach und nach die Brennstoffzelle. Das Ziel von ECatPEMFCplus ist daher ein neuer Anoden­kata­lysator, der unter Normalbedingungen die Wasserstoffreaktion der Brenn­stoffzelle betreibt, aber bei Spannungsumkehr durch eine Nebenreaktion Kohlenstoffkorrosion vermeidet. Durch Optimierung beider Funktionen in einem Materialsystem soll dieser Ansatz deutlich kostengünstiger werden als bisherige Lösungen und somit den Weg für eine erschwingliche Wasserstoff-Mobilität ebnen. 

SOC-Degradation_2: Warum Elektrolyseure auf Basis von Festoxid-Elektrolyten so schnell altern

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Brennstoffzellen auf Basis von Festoxid-Elektro­lyten erreichen im Vergleich zu alkalischen oder PEM-Systemen die höchste Effizienz. Das Problem: Die sogenannte SOC-Technologie ist weniger lang lebensfähig und weniger robust als die weniger effizienten Alternativen. Das Projekt SOC-Degradation_2 will dazu beitragen, dass sich das ändert, indem es Alterungsprozesse in SOC-Systemen analysiert. 

WirLebenSOFC: Analyse von Alterungsprozessen bei Festoxidbrennstoffzellen mit maschinellem Lernen und Simulationsmodellen

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Wie das Projekt SOC-Degradation_2 widmet sich auch das Projekt WirLebenSOFC der Alterung von Festoxidbrenn­stoffzellen (SOFC) zur Rückverstromung von Grünem Wasserstoff. Mit experimentellen Untersuchungen und Simulationen will das Projekt Alterungsprozesse verstehen und Maßnahmen zur Zelloptimierung für den Wasserstoffbetrieb ableiten. Dabei werden auch Methoden des maschinellen Lernens und physikalische Simulationsmethoden eingesetzt. Durch die Kombination der Methoden werden hybride Modelle entwickelt, um die Güte der Lebensdauervorhersage weiter zu verbessern und um eine präzisere Analyse der Alterungs­mecha­nismen zu ermöglichen.