»Elektronenpfropfen« Effizientere Brennstoffzellen durch verbesserte Wasserabfuhr

Die Forscher des schweizerischen Paul Scherrer Instituts haben das Kohlenstoffpapier entlang bestimmter Kanäle wasseranziehend gemacht. Nach diesem Prinzip arbeitende Gasdiffusionsschichten in Brennstoffzellen können Wasser schneller ableiten und die Stromproduktion von Brennstoffzellen erhöhen und effizienter machen.
Die Forscher des schweizerischen Paul Scherrer Instituts haben das Kohlenstoffpapier entlang bestimmter Kanäle wasseranziehend gemacht. Nach diesem Prinzip arbeitende Gasdiffusionsschichten in Brennstoffzellen können Wasser schneller ableiten und die Stromproduktion von Brennstoffzellen erhöhen und effizienter machen.

Forscher des Paul Scherrer Instituts haben ein Beschichtungsverfahren patentiert, mit dem sich die Effizienz von Brennstoffzellen erhöhen lässt und das für die Massenproduktion geeignet ist.

Die Gase Methan(ol) oder Wasserstoff werden in einer Brennstoffzelle den Elektroden zugeführt, jedoch dabei vom »Abfallprodukt« Wasser behindert, das nach zügig abgeführt werden muss. Sammelt sich zu viel Wasser an den Kohlefasern an, aus denen die sogenannte Gasdiffusionsschicht besteht, die die Zufuhr der Gase zu den Elektroden sicherstellt, sinkt die Stromproduktion oder erliegt ganz.

»Unsere neuartige Beschichtung sorgt dafür, dass flüssiges Wasser und Gase auf getrennten Wegen durch die porösen Materialien in den Brennstoffzellen Fließen. Das verbessert die Leistung und die Stabilität im Betrieb der Brennstoffzellen«, sagt der Leiter der Studie Pierre Boillat vom Labor für Elektrochemie am PSI.

Kommerziell erhältliche Brennstoffzellen verwenden mit wasserabweisenden Kunststoffen beschichtete Kohlefasern, auf denen sich das Wasser allerdings willkürlich verteilt, was den Kontakt der Gase mit den Elektroden erschwert. Die Forscher des PSI haben die Gasdiffusionsschichten mit wasseranziehenden »Abflusskanälen« versehen, die für einen verbesserten Wasserabfluss sorgen, während die restlichen Bereiche der Gasdiffusionsschicht für den Gaszufluss frei bleiben. Die PSI-Forscher hatten die Idee, dass die Verteilung des Wassers in der Diffusionsschicht die Energiegewinnung entscheidend beeinflusst. »Wir haben nun diese Idee zum ersten Mal in ein Verfahren umgesetzt, das sich für die Massenproduktion eignet«, erklärt PSI-Doktorand Antoni Forner-Cuenca.

Zur Einbringung der wasseranziehenden Moleküle wird die Kunststoffschicht mit einem Elektronenstrahl vorbereitet. Anschließend reagieren die vom Elektronenstrahl veränderten Bereiche chemisch mit Molekülen und wird wasseranziehend. Die Aufbringung von funktionellen Molekülen mittels Elektronenstrahl haben die Forscher »Elektronenpfropfen« getauft.