Transmembraner Stofftransport in Direkt-Methanol-Brennstoffzellen (DMFC)

直接甲醇燃料电池（DMFC）中的跨膜传质

• 批准号: 5446541
• 负责人: Professor Dr.-Ing. Matthias Kind
• 金额: --
• 依托单位: Bereich Thin Film Technology
• 依托单位国家: 德国
• 项目类别: Research Grants
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 德国
• 起止时间: 2004-12-31 至 2006-12-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/5446541?language=en
• 关键词: Transmembraner; Stofftransport; Direkt; Methanol; Brennstoffzellen

In Brennstoffzellen wird chemisch gebundene Energie direkt in elektrische Energie umgewandelt. Eine - vor allem für mobile Applikationen - viel versprechende Brennstoffzellentechnologie ist die Direkt-Methanol-Brennstoffzelle (DMFC). Bei dieser Technologie reagiert Methanol an der katalytisch aktiven Anode mit Wasser. Es entstehen Kohlendioxid, Elektronen und Protonen. Die Protonen diffundieren durch eine Polymer-Membran zur Kathode, um dort mit Sauerstoff und den von der Anode kommenden Elektronen zu Wasser oxidiert zu werden. Der elektrische Wirkungsgrad solcher DMFCs liegt zurzeit bei maximal 40 % und damit deutlich unter dem von Wasserstoff- Brennstoffzellen (60 %). Dies liegt hauptsächlich an der störenden Permeation von Methanol durch die Membran (Methanol-Crossover). Der permeierte Brennstoff wird an der Kathode oxidiert und ist somit für die energetische Nutzung verloren.Es ist Ziel dieses Projektes, einen Beitrag zur Verringerung der Verluste durch permeierendes Methanol und damit zur Steigerung des Wirkungsgrades von DMFC-Brennstoffzellen zu leisten. Dazu wurden im ersten Forschungsantrag zunächst die messtechnischen Voraussetzungen für eine systematische Untersuchung der Stofftransportvorgänge in der Polymermembran einer DMFC geschaffen. Durch umfangreiche Untersuchungen zum Stofftransport von Wasser und Methanol in Nafion®-Membranen konnten bereits wichtige Erkenntnisse über die diffusiven Stofftransportmechanismen gesammelt werden. Im Rahmen des Fortsetzungsantrags soll nun vor allem der Einfluss von diffusiven und elektroosmotisehen Schleppeffekten untersucht werden. Auf Basis der gewonnenen experimentellen Erkenntnisse sollen aktuelle Modellansätze geprüft und gegebenenfalls Ansätze zur Verbesserung des Wirkungsgrades gefunden werden. Anschließend sollen diese Erfahrungen auf alternative Membransysteme übertragen werden.

在Brennstoffzellen，化学能源直接用于电力能源。一种用于移动的燃料电池-多种不同的燃料电池技术是直接甲醇燃料电池（DMFC）。该技术用于甲醇和催化剂活性阳极，带有瓦塞尔。这是一种Kohlendoxid，电子和质子。质子通过一种聚合物膜扩散到阴极，该聚合物膜与阳极电极一起被瓦塞尔氧化成韦尔登。DMFCs的电催化活性最高可达40%，低于Wasserstoff- Brennstoffzellen（60%）。Dies liegt hauptsächlich an der störenden Permeation von Methanol durch die Membran（甲醇交叉）. Der permeierte Brennstoff wird an der Kathode oxiditert und ist somit für die energetische Nutzung verloren.Es ist Ziel dieses Projektes，einen Beitrag zur Verringerung der Verluste durch permeierendes Methanol und damit zur Steigerung des Wirkungsgrades von DMFC-Brennstoffzellen zu leisten. Dazu wurden im ersten Forschungsantrag zunächst die messtechnischen Voraussetzungen für eine systematische Untersuchung der Stofftransportvorgänge in der Polymermembran einer DMFC geschaffen.在Nafion®-Membranen中对瓦塞尔和甲醇的Stofftransport的研究可使扩散Stofftransportmechanismen gesammelt韦尔登的Erkenntnisse成为可能。在堡垒的范围内，扩散和电力系统的影响将韦尔登排除在外。在实验的基础上，确定了韦尔登的最佳等级。在替代膜系统上安装解决方案韦尔登。