Quasi in-situ Strukturuntersuchungen an Membran-Elektroden-Einheiten für Brennstoffzellen mittels Environmental Scanning Electron Microscopy (ESEM)

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Die ideale Membran-Elektroden-Einheit (MEA) verbindet eine verbesserte Zugänglichkeit der aktiven Edelmetallpartikel mit einem guten elektronischen Kontakt zu den ionen- und elektronenleitenden Bestandteilen. Die Optimierung dieser beiden Parameter spielt eine wichtige Rolle für eine signifikante Verbesserung der Brennstoffzellenperformance. Bislang wurden jedoch nur wenige detaillierte Untersuchungen zur MEA-Struktur veröffentlicht, welche sich vorrangig auf Abbildungsmethoden wie Raster- bzw. Transmissionselektronenmikroskopie stützen. Studien unter realen Betriebsbedingungen sind damit allerdings ausgeschlossen, weil die Untersuchungen im Ultrahochvakuum erfolgen müssen. Eine Ausnahme bildet das Environmental Scanning Electron Microscope (ESEM), welches es erlaubt, bei hohen und tiefen Temperaturen, unter verschiedenen Gasatmosphären sowie unter feuchten Bedingungen zu mikroskopieren. Das ESEM soll dazu eingesetzt werden, signifikante Änderungen der MEA-Struktur unter realistischeren Bedingungen zu beobachten. Dabei ist vor allem an unterschiedliche Quellungsgrade der Membran sowie den Einfluss von Temperatur, Methanolkonzentration und Gasatmosphäre auf Porosität und Ionomerbenetzung gedacht. Als Fernziel erscheint es außerdem möglich, das Kaltstartverhalten einer MEA quasi in-situ zu beobachten. Daraus können wichtige Parameter für eine Optimierung des MEAFertigungsprozesses abgeleitet werden.