Analyse der Schichtmorphologie und virtuelles Design der Katatysatorschicht in Polymerelektrolytmembranbrennstoffzellen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Roland Zengerle, seit 8/2011
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung von 2008 bis 2014
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 98712825

Ziel des Forschungsvorhabens ist es, einen Sprung im Erkenntnisstand über Morphologie und Eigenschaften der porösen Katalysatorschicht in Polymerelektrolytmembran-(PEM)-Brennstoffzellen zu erreichen. Hierzu wird eine Analysemethode für die Strukturaufklärung der bimodalen mikro- und nanoporösen Katalysatorschicht entwickelt. Die Methode beruht auf der Anwendung von Elektronenmikroskopie und Focused-Ion-Beam-Technik (FIB/SEM) und der dreidimensionalen Rekonstruktion von Schnittbildern. Insbesondere soll dabei die Beziehung zwischen Morphologieänderung der Katalysatorschicht und Degradationserscheinungen im Betrieb untersucht werden. In diesem Zusammenhang sollen auch mikroskopische Transporteigenschaften (Leitfähigkeiten und Diffusivitäten) der Katalysatorschicht durch Simulation bestimmt werden und im Sinne eines numerischen Upscaling auf der Ebene der Zellmodellierung verwendet werden. Orientiert an der Vision des virtuellen Materialdesigns sollen dann geeignete stochastische Deskriptoren für die Katalysatorschicht bestimmt werden und das Material im Rahmen des Simulated Annealing dargestellt werden. Die Beziehung zwischen den wichtigsten physikalischen Transportparametern und den stochastischen Deskriptoren soll aufgeklärt werden. Hypothesen für eine Verbesserung der Schichtmorphologie werden auf Basis der stochastischen Rekonstruktion erarbeitet.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemaliger Antragsteller: Dr. Christoph Ziegler, bis 8/2011