DuraFuelCell: Multiskalen-Untersuchung zur Entwicklung langlebiger und effizienter Wasserstoff-Brennstoffzellensysteme für mobile und stationäre Anwendungen

• Fachliche Zuordnung: Materialwissenschaft ; Chemische Festkörper- und Oberflächenforschung ; Elektrotechnik und Informationstechnik ; Mechanik und Konstruktiver Maschinenbau ; Strömungsmechanik, Technische Thermodynamik und Thermische Energietechnik ; Verfahrenstechnik, Technische Chemie
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 528480942

"Der DuraFuelCell-Forschungsimpuls will durch interdisziplinäre und vernetzte erkenntnisorientierte Forschung einen entscheidenden Impuls für die Durchsetzung der Wasserstoff-Brennstoffzellentechnologie in stationären und schweren Nutzfahrzeuganwendungen leisten. Das übergeordnete Ziel ist es, ein tiefes und umfassendes Verständnis über alle relevanten Bestandteile und Skalen eines Brennstoffzellsystems als Funktion der Betriebsbedingungen zu erlangen, um zwei der größten Herausforderungen für eine Kommerzialisierung positiv zu beeinflussen: Systemwirkungsgrad und Lebensdauer. Dies soll durch die Untersuchung von Alterungsmechanismen und lebensdauerverlängernden Maßnahmen in Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzellen anhand einer systematischen, skalenübergreifenden Kombination von experimenteller Forschung, Computersimulationen sowie Material- und Komponentenentwicklung mit neuen spektroskopischen, elektrochemischen und sensorischen Operando-Technologien erreicht werden. Diese Untersuchungen beginnen bei der Aufklärung der grundlegenden molekularen Aktivierungs- und Deaktivierungsmechanismen und setzen sich fort mit der Analyse von Alterungseffekten in einzelnen Membranelektrodeneinheiten und in Brennstoffzellenstacks bis hin zu kompletten Brennstoffzellsystemen einschließlich der Peripherie. Die Projektziele werden in sechs Teilprojekten bearbeitet: A) Verständnis der Brennstoffzellendegradation auf molekularer Ebene, B) Verständnis der Dynamik von Brennstoffzellendegradationsprozessen, C) Entwicklung von degradationsresistenten Brennstoffzellmaterialien, D) Verständnis der Degradation und Entwicklung von Regenerationsmaßnahmen auf der Ebene von Brennstoffzellenstacks, E) Einfluss der Peripherie (Gasversorgungssystem) auf die Degradation und den Wirkungsgrad von Brennstoffzellsystemen für Schwerlasttransportanwendungen und F) Verständnis der Degradation und des Wirkungsgrads von Brennstoffzellsystemen für stationäre Anwendungen. Darüber hinaus werden die folgenden drei Querschnittsprojekte die sechs Teilprojekte unterstützen: G) Datenbasierte Trend- und Szenarioforschung, H) Innovative photonische Sensoren zur Zustandsüberwachung von Brennstoffzellen und I) Simulation und Modellierung von Alterungsprozessen. Der DuraFuelCell-Forschungsimpuls bündelt daher Kompetenzen in den Bereichen Materialwissenschaft, Elektrochemie, chemische Analytik, Sensorik, Leistungselektronik, Wärmemanagement, Fahrzeugtechnik, Bau- und Gebäudetechnik, multiphysikalische Simulation sowie Trend- und Szenarioanalyse und ermöglicht so eine ganzheitliche und skalenübergreifende Betrachtung der Grundlagen der Brennstoffzellalterung und -effizienz als Funktion der Betriebsbedingungen in stationären und Schwerlasttransportanwendungen. Durch die enge Vernetzung mit Industrie und Gesellschaft wird sichergestellt, dass die Ergebnisse dieser erkenntnisorientierten Forschung direkt in spätere Anwendungen übertragen werden."

• DFG-Verfahren: Forschungsimpulse
• Antragstellende Institution: Technische Hochschule Nürnberg Georg Simon Ohm
• Beteiligte Institution: Technische Universität Darmstadt; Technische Universität Hamburg; Technische Universität München (TUM)
• Sprecher: Professor Dr. Maik Eichelbaum
• beteiligte Wissenschaftlerinnen / beteiligte Wissenschaftler: Professor Dr.-Ing. Georgios Bikas; Professor Dr. Ralph Blum; Professor Dr.-Ing. Rainer Engelbrecht; Professorin Dr. Uta Helbig; Professor Dr.-Ing. André Leonide; Professor Dr. Jan Lohbreier; Professor Dr.-Ing. Frank Opferkuch; Professor Dr.-Ing. Ulrich Ulmer