PEM-Brennstoffzellen und Brennstoffzellenbetrieb

Wasserstoff-Verbrauch

Protonenaustauschmembran (PEM)-Brennstoffzellen wandeln Wasserstoff und Sauerstoff in Wasser um und setzen dabei elektrische Energie frei. Das Herzstück einer Brennstoffzelle ist eine Polymerelektrolytmembran, die auf beiden Seiten mit Katalysatoren auf Platinbasis beschichtet ist (Catalyst Coated Membrane, CCM).

Katalysatoren für PEM-Brennstoffzellen

PEM-Brennstoffzellen können in verschiedenen mobilen und stationären Anwendungen eingesetzt werden, z. B. in Stromspeichern, Flurförderfahrzeugen, leichten und schweren Nutzfahrzeugen. Im Transportsektor konkurrieren Brennstoffzellen-Elektrofahrzeuge teilweise mit batterieelektrischen Fahrzeugen. Aufgrund der höheren Reichweite und der deutlich kürzeren Betankungszeiten sind Wasserstoff-Brennstoffzellenfahrzeuge jedoch die Technologie der Wahl für Langstrecken- und Schwerlasttransporte.

Wegen des kollektiven Engagements für die Verringerung der Kohlendioxidemissionen und dem Aufbau einer klimaneutralen Gesellschaft geht man weithin von einem Wachstum von PEM-Brennstoffzellen aus. Dies wird den weltweiten Einsatz von Brennstoffzellen-Elektrofahrzeugen und eine erhebliche Senkung der Kosten für diese Fahrzeuge ermöglichen.

Heraeus bietet edelmetallbasierte Katalysatoren für die Kathoden- und Anodenseite von CCM für eine Vielzahl von Brennstoffzellenanwendungen an, darunter:

  • Stationäre
  • Materialtransportfahrzeuge
  • Personenkraftwagen
  • Schwerlasttransporte
  • Züge und Busse

Heraeus' Portfolio an PEM-Brennstoffzellenkatalysatoren

In einer PEM-Brennstoffzelle tragen platinbasierte Katalysatoren von Heraeus dazu bei, die beiden Elektrodenreaktionen in einem Brennstoffzellenstack zur Bildung von Wasser und zur Energiegewinnung aus H2 und O2 unter verschiedenen Bedingungen mit hohem Wirkungsgrad zu unterstützen.

Unser Produktportfolio umfasst PEM-Brennstoffzellenkatalysatoren mit unterschiedlichen Edelmetallbeladungen.

Um die perfekte Lösung für Ihre Anforderungen zu finden, können wir in unseren voll ausgestatteten Labors und unserem Testzentrum vor Ort Tests durchführen.

Katalysator H2FC-40Pt-C100 + H2EL-IrO H2FC-40Pt-C240 H2FC-50Pt-C700 H2FC-50Pt-C700M
Eigenschaften
Pt auf hochstabilem Kohlenstoff & optional Anwendung eines Ir-haltigen OER-Additivs – separat geliefert

Hochdisperses Pt auf Kohle mittlerer Oberfläche

Leistungsstarke Pt auf Kohle hoher Oberfläche

Hochstabile Pt auf Kohle hoher Oberfläche

Anwendungsfokus

Hochstabile Anode - Einstellbare Cell Reversal Toleranz

> 8000 s (15 µgIr/cm2; ~75 s ohne OER-Additiv)**

Anode und Kathode - Hohe Edelmetall-Effizienz

Kathode – Katalysator für hohe Performance

Kathode - Langlebiger leistungsstarker Katalysator
Pt-AST*** > 30 000 Zyklen

Elektrochemisch aktive Oberfläche [m2/gPt]

> 45 (RDE)

> 75 (RDE)

> 85 (RDE)

> 85 (RDE)

Zellspannung @ 0.1 A/cm2 (CCM)* [V]

~ 0.80

~ 0.82

~0.85

~0.85
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* Automotive Bedingungen ​| ** CRT Zeit bis -1,25 Vcell​ | *** DOE-Protokoll​

Ihr Experte für Katalysatoren für PEM-Brennstoffzellen

Steffen KitzingElektrokatalysatoren für die Erzeugung und den Verbrauch von Wasserstoff, Beschichtungen von Komponenten, Recycling
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Präkursoren für die Beschichtung von Bipolarplatten

In Brennstoffzellenstacks dienen Bipolarplatten der Gastrennung zwischen den benachbarten Zellen, gleichzeitig aber auch der Kühlung und Abdichtung der Zelle nach außen. Funktionell verteilen sie die Gase und das Wasser hin und weg von der Anode und Kathode und stellen die elektrische Verbindung her. Zwischen den Bipolarplatten sind die Membran-Elektroden-Einheiten angeordnet.

Unter mehreren Materialmöglichkeiten werden metallische Bipolarplatten verwendet, um Gewicht und Volumen zu sparen, aber auch weil sie Vorteile im Startverhalten der Brennstoffzelle bieten. Allerdings benötigen Bipolarplatten eine ausgezeichnete elektrische Leitfähigkeit, die auch während der elektrochemischen Prozesse in der Brennstoffzelle nicht wesentlich abnimmt. Daher benötigen Bipolarplatten, sofern sie aus Metall bestehen, einen Korrosionsschutz, um Oxidation zu vermeiden. Oxidation würde zu Porosität führen, die die Transportfähigkeit von Gasen und Wasser beeinträchtigt.

Um das Metallsubstrat zu schützen, wird eine dünne Platinschicht durch Galvanisierung auf die Bipolarplatte aufgebracht. Dabei wird Platin DNS in einem sauren Galvanikbad verwendet, was zu einer dünnen und robusten Platinschicht führt.

Ihr Experte für Präkursoren für die Beschichtung von Bipolarplatten

Dr. Detlef Gaiser Zusatzstoffe für die Alkaliwasserelektrolyse
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Katalytische Lösungen zur Verbesserung des Brennstoffzellenbetriebs - Balance of Plant

Brennstoffzellen, die die chemische Energie eines Brennstoffs- und eines Oxidationsmittels direkt in Strom umwandeln, sind eine Schlüsseltechnologie der Energiewende - insbesondere als nachhaltige dezentrale Stromquelle.

Es gibt eine Vielzahl unterschiedlicher Brennstoffzellentechnologien, die sich z.B. durch ihr Funktionsprinzip, den verwendeten Elektrolyten, ihre Betriebstemperatur oder den verwendeten Brennstoff unterscheiden. So vielfältig wie die Brennstoffzellentechnologien selbst sind die Anforderungen an das unterstützende Equipment, welches die Zelle selbst erst zu einer umweltfreundlichen und zuverlässigen Energiequelle macht.

Über unsere eigenen PEM-Brennstoffzellenkatalysatoren hinaus begegnet Heraeus Precious Metals diesen Herausforderungen mit seinen effizienten Katalysatortechnologien zur Gasaufbereitung und Emissionsminderung.

Für die Brennstoffaufbereitung liefert Heraeus katalytische Lösungen für die Reformierung, Wassergas-Shift oder Gasreinigung z.B. durch Preferential Oxidation (PROX) oder selektive Methanisierung - alles zugeschnitten auf die Bedürfnisse eines unabhängigen dezentralen Anlagenbetriebs. Weitere Details zu den Heraeus Heterogenkatalysatoren finden Sie im Catalyst-Selector.

Unsere langjährige Erfahrung in der Emissionskatalyse bei Heraeus Precious Metals ermöglicht es uns, effiziente und langlebige Katalysatoren für Ihre Abgasbehandlung und eine mögliche Energierückgewinnung durch katalytische Verbrennung herzustellen.

Jede Brennstoffzellentechnologie hat ihre individuellen Vorteile und Einschränkungen, die letztendlich die Anwendungen definieren, für die eine Technologie am besten geeignet ist. Heraeus Precious Metals unterstützt Sie mit unseren Bulk-Katalysatoren und maßgeschneiderten katalytischen Beschichtungen, um die Bilanz der Anlage bestmöglich an Ihre individuelle Aufgabe anzupassen.

Ihr Experte für katalytische Lösungen zur Verbesserung des Brennstoffzellenbetriebs.

Dr. Hendrik SpodKatalysatoren für Gasreinigung, Hydrierung, Ammoniak, Anlagenbilanz, Emissionsreduzierung
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Hendrik Spod

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