Das Projekt "Eigendefekte und Störstellen in den Elektrolyt- und Kathodenmaterialien von Brennstoffzellen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Dresden, Institut für Festkörperelektronik durchgeführt. Eigendefekte und Störstellen in Festkörperelektrolyten beeinflussen die Ionen- und Elektronenleitfähigkeit, die Wechselwirkungen an den Grenzflächen der Elektroden und des Elektrolytes und die Langzeitstabilität von Feststoffoxid-Brennstoffzellen. Die Zielsetzung des Projektes besteht in der Untersuchung der Defektbildungsmechanismen während der Synthese von Materialien mit Nanoabmessungen und des Einflusses dieser Defekte auf die ionische und gemischt ionisch-elektronische Leitfähigkeit von Verbindungen mit perowskitähnlicher Struktur. Die Materialsynthese erfolgt mit dem Sol-Gel-Verfahren, mittels hydrothermischer Synthese in einem Autoklaven und durch Zerstäuben. Die Defektcharakterisierung wird mittels Elektronenspinresonanz-, Kernspinresonanz- und dielektrischer Spektroskopie durchgeführt. Der Mechanismus der Steigerung des Ladungsträgertransportes in Bezug auf Materialzusammensetzung sowie Mikro- und Nanostruktur wird mittels Röntgendiffraktometrie, Transmissions- und Rasterelektronenmikroskopie, Atomkraftmikroskopie u.a. beurteilt. Die zu erwarteten Ergebnisse sind auf Feststoffoxid-Brennstoffzellen und keramische Hochtemperatur-Oxidsensoren anwendbar.
Das Projekt "StableAPEMFC - Stabilisierung von funktionellen Gruppen der anionenleitenden Polymerelektrolytmembran durch strukturelle Abschirmung und deren Anwendbarkeit in alkalischen Membran-Brennstoffzellen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von DLR-Institut für Vernetzte Energiesysteme e.V. durchgeführt. Eine große Herausforderung für die Anwendung der alkalischen Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle (APEMFC) besteht hinlänglich der Langzeitstabilität der Anionenaustauschermembran (AEM). Die AEM besteht aus einem Polymerelektrolytgerüst, welches entlang der Polymerkette mit quaternären Ammoniumgruppen (QA) ausgestattet ist. Diese gewährleisten die Anionenleitung, aber sind andererseits der nucleophilen Attacke von Hydroxidionen (OH-) ausgesetzt, was zur Degradation der Membran führt. In diesem Projekt wird deshalb ein neuwertiger Ansatz zur Stabilisierung der QA gewählt. Dabei kommen Rotaxan-Moleküle zum Einsatz, welche die QA-Gruppe strukturell abschirmen und die AEM stabilisieren. Neben der Synthese liegt ein weiterer Fokus auf der systematischen Untersuchung der Stabilisierung sowie auf ein besseres Verständnis der Anionenleitung. Dazu wird die ortsaufgelöste Leitfähigkeits-Atomkraftmikroskopie eingesetzt. Des Weiteren wird die Anwendbarkeit und Langzeitstabilität der AEM in Membran-Elektroden-Einheiten unter Brennstoffzellenbedingungen untersucht. Ziel ist ein besseres Verständnis der Transportvorgänge zur Anionenleitung mittels ortsaufgelöster cAFM Messungen zu erzielen und die Wechselwirkungen mit der Membranstruktur zu verstehen. Darüber hinaus soll die Anwendbarkeit der innovativen Membranen unter alkalischen Brennstoffzellenbedingungen in Einzelmessungen nachgewiesen werden und eine verbesserte Stabilität aufgezeigt werden.