STANDARD: Welche Brennstoffzellen stehen im Mittelpunkt Ihrer Forschung?
Hacker: Prinzipiell gibt es sechs unterschiedliche Brennstoffzellentypen. Durch unsere Kooperation mit der Autozulieferindustrie konzentrieren sich die Arbeiten im Christian-Doppler-Labor auf die PEMFC. Die Abkürzung steht für Proton Exchange Membrane Fuel Cell. Sie wird bei rund 80 Grad Celsius betrieben und ist bereits hoch entwickelt. Für die Automobilbranche ist die PEMFC aufgrund ihrer kurzen Ansprechzeit interessant.
STANDARD: Welche Entwicklungen gibt es auf diesem Gebiet?
Hacker: Wir stehen vor zwei Herausforderungen: der Senkung der Kosten und der Erhöhung der Lebensdauer. Wir beschäftigen uns daher mit Grundlagenforschung zur Entwicklung neuer Materialien und mit den Ursachen der Alterung, um schlussendlich die Lebensdauer zu erhöhen. Im Fahrzeug sollte die Lebensdauer von Brennstoffzellen circa 5000 Stunden betragen. Der Stand der Technik liegt derzeit bei einer Lebensdauer von etwa 2000 Stunden – unter realen Betriebsbedingungen. Zudem müssen Brennstoffzellen leicht und kompakt gebaut sein. Das Kostenziel ist – in Konkurrenz zum günstigen Verbrennungsmotor – sehr niedrig angesetzt.
STANDARD: Was beeinträchtigt die Lebensdauer einer Zelle?
Hacker: Die elektrochemischen Reaktionen in der PEMFC laufen in einem hochporösen Mikrogefüge aus Kohlenstoff ab, das in der Reaktionszone mit dem Katalysator beladen ist, in Kontakt mit der Polymermembran sein muss und über die Dauer von mehreren tausend Stunden die Porosität und Eigenschaften nicht verändern darf. Wird eine Zelle hochdynamisch betrieben – und das Auto ist ein hochdynamisches System –, dann kommt es zu einer lokalen Unterversorgung der Reaktionszonen mit Brennstoff und Luft. Mögliche Folgen: Korrosion der Elektroden oder Verlust des Katalysators. Diese Effekte führen zur langsamen Alterung der Zelle und damit zur kontinuierlichen Leistungsabnahme.
STANDARD: Gibt es Alternativen zum Treibstoff Wasserstoff?