Die Technische Universität (TU) Ilmenau ist es in einem soeben abgeschlossenen Forschungsprojekt gelungen, mit innovativen Technologien die elektro-chemische Energieumwandlung bei Wasserstoff und Brennstoffzellen zu verbessern. Das teilte das federführende Institut für Thermo- und Fluiddynamik der TU mit. Davon profitieren könnten mobile elektronische Geräte, Medizinanwendungen und auch der Wachstumsmarkt Mobilität.

Am Fachgebiet Technische Thermodynamik laufen unter der Leitung von Professor Christian Cierpka Grundlagenuntersuchungen zu neuen Speichertechnologien. Dazu zählen an der der TU Ilmenau Wasserstoff ud Brennstoffzellen. Forschungsziel der Ilmenauer Nachwuchsgruppe um Cierpka war es, die physikalischen Prozesse zu erforschen, die der elektrochemischen Energieumwandlung zugrunde liegen. Ziel war dabei, die Effizienz der Technologie und damit die Leistungsfähigkeit künftiger Generationen von Brennstoffzellen und Elektrolyseuren zu steigern.

Gasblasen an Elektroden

Bei der elektrochemischen Energieumwandlung wird Wasser in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten, die als Gasblasen an den Elektroden entstehen. Allerdings verringern die an den Elektroden anhaftenden Gasblasen den Wirkungsgrad des Elektrolyseurs. In Experimenten, die sie gemeinsam mit Wissenschaftlern der TU Dresden, des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf und des Leibniz-Instituts für Festkörper- und Werkstoffforschung IFW Dresden durchführten, wiesen die Forscher der TU Ilmenau weltweit erstmals den Einfluss der sogenannte thermischen Marangoniströmungen auf das Blasenwachstum nach. Um zu verhindern, dass Blasen, die an den Elektroden anhaften, den Wirkungsgrad der Wasserelektrolyse verringern, erforschten sie außerdem, wie diese Strömungen das Wachstum der Blasen und ihr Ablöseverhalten von den Elektroden beeinflussen. Durch externe Lorentzkraft-Magnetfelder erzeugten sie zusätzlich Kräfte, um die Blasen gezielt von der Elektrodenoberfläche zu lösen. Der Effekt: In kürzerer Zeit produzierten sie mehr Wasserstoff produziert.

Um die Strömungsvorgänge an den Gasblasen und in einer Brennstoffzelle zu messen, entwickelten die Forscher ferner innovative Messtechniken. Es ging dabei darum, in Zusammenarbeit mit dem Zentrum für Brennstoffzellen-Technik Duisburg das Schnellstartverhalten von Direktmethanol-Brennstoffzellen zu verbessern. Solche innovativen Brennstoffzellen könnten beispielsweise in mobilen Geräten anstelle eines Akkus zum Einsatz kommen. In einem weiteren Teilprojekt entwickelten und konstruierten die Ilmenauer Wissenschaftler den Prototyp einer mikrofluidischen Brennstoffzelle. Deren besondere Geometrie komme ohne die üblicherweise notwendige teure Membran zur Trennung von Brennstoff und Oxidationsmittel auskommt. So konnten sie deren Leistung und Brennstoffausbeute steigern.

2.7.2021 | Quelle: TU Ilmenau | solarserver.de
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