Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Volkswagen Forschung: Weltpremiere der VW-Hochtemperatur-Brennstoffzelle

01.11.2006
  • Volkswagen System: Schlüsseltechnologie auf dem Weg zur serientauglichen Brennstoffzelle
  • Von Volkswagen entwickeltes Brennstoffzellensystem wird kleiner, effizienter und preiswerter
  • Neue Membran und neue Elektroden ermöglichen Durchbruch auf dem Weg zur Großserie

Im Detail hat die Volkswagen Forschung insbesondere Membran und Elektroden der Brennstoffzelle neu entwickelt. Membran, Elektroden, Zellen – dahinter verbirgt sich der ausgesprochen komplizierte Prozess, um aus chemischer Energie elektrische Energie zu gewinnen und damit den Elektromotor des zukünftigen Brennstoffzellen-Autos anzutreiben. Klammert man diesen komplizierten Prozess aus und betrachtet ausschließlich die neu entwickelten Teile „Membran" und „Elektroden", bietet das Volkswagen System im Vergleich zur Niedrigtemperatur-Brennstoffzelle folgende Vorteile:

Die Niedrigtemperatur-Brennstoffzelle wird bei einer Membran-Temperatur von rund 80 Grad Celsius betrieben. Steigt die Temperatur deutlich über diesen Wert, bricht die Brennstoffzellenleistung ein und die Zelle nimmt irreparablen Schaden. Deshalb besitzen Fahrzeug-Prototypen mit NT-Brennstoffzellen ein extrem aufwendiges und teures Kühlsystem. Allein die Kühlerfläche ist etwa dreimal so groß wie bei Dieselmotoren (!). Zudem müssen in einem NT-System die zugeführten Gase Wasserstoff und Luft permanent befeuchtet werden, da ansonsten ebenfalls die Energieproduktion einbricht und die Brennstoffzelle dauerhaft beschädigt wird. Auch diese Befeuchtung der in der Membran eingelagerten Wassermolekühle bringt unerwünschtes Zusatzgewicht und verschlingt Raum plus Geld. Die von Volkswagen entwickelte Hochtemperatur-Membran kann dagegen in Verbindung mit neu konzipierten Elektroden – ohne Leistungsverlust – bei Temperaturen von 120 Grad dauerhaft „gefahren" werden. Und zwar ohne Befeuchtung. Novum und Hintergrund: Bei der HT-BZ findet die Protonenleitung über Phosphorsäure statt. Diese Säure hat ähnlich gute elektrolytische Eigenschaften wie Wasser, weist allerdings einen höheren Siedepunkt auf. Deshalb reicht der HT-BZ ein deutlich einfacheres Kühlsystem und Wassermanagement aus. Und das reduziert das Gewicht und die Kosten signifikant. Darüber hinaus verringert sich der Raumbedarf des Brennstoffzellen-Systems um mehr als 30 Prozent.

Allerdings gab es auch hier ein bislang nicht gelöstes Problem: Es entstand, wie bei der Niedrigtemperatur-Membran, sogenanntes Produktwasser. Das Wasser drang in die Membran ein und wusch die Phosphorsäure aus. Es kam wiederum zur Unterbrechung des Stromflusses. An dieser Stelle scheiterten bislang alle Versuche, eine Hochtemperatur-Brennstoffzelle auf Basis bekannter Materialien für Fahrzeuge nutzbar zu machen. Die intensive Volkswagen Grundlagenforschung kam deshalb zu dem Ergebnis, dass neben einer neuen Membran spezielle Modifikationen der Elektroden nötig sind, die das Eindringen des Produktwassers in die Membranen verhindern können.

Die Lösung: Auf einer speziellen Siebdruckmaschine, wie sie im Bereich der Halbleitertechnik verwendet wird, beschichteten die Forscher im Volkswagen Technologiezentrum Isenbüttel mehrere Vlies-Elemente aus Kohlenstoff mit einer neuartigen Paste. Die so neu entstandenen Elektroden wurden schließlich in Brennstoffzellen-Stapeln (Stacks) umfangreichen Tests unterzogen. Eindeutiges Ergebnis: Das Produktwasser kann nicht mehr in die Membran eindringen und die Phosphorsäure verdünnen. Damit ist die HT-Technologie für den nächsten Forschungsschritt einsatzfähig. Der Blick in die Zukunft könnte dabei so aussehen:

Es entstehen immer leistungsstärkere Hochtemperatur-Brennstoffzellensysteme, die Schritt für Schritt perfektioniert werden und vorrausichtlich im Jahr 2010 die ersten Forschungsfahrzeuge antreiben. Um 2020 könnte es den ersten Volkswagen mit einem – und das ist entscheidend – alltagstauglichen und bezahlbaren Brennstoffzellen-Antrieb geben.

Zusatzinfo I – generelle Funktion von Brennstoffzellen

Das zentrale Element jeder einzelnen Brennstoffzelle – von der mehrere zu einem Block (Stapel/Stack) zusammengefasst werden – ist eine protonenleitende Membran. Sie befindet sich jeweils zwischen der Anode und Kathode. Auf der Seite der Anode strömt Wasserstoff, auf der Seite der Kathode Luft in die Zelle. Viele dieser Zellen im Verbund erzeugen ausreichend Energie, um ein Fahrzeug anzutreiben. In jeder Zelle reagieren Wasserstoff und Sauerstoff und verbinden sich auf der Seite der Kathode zu Wasser. Die Brennstoffzelle setzt demnach die chemische Energie eines Oxidationsprozesses, einer sogenannten „kalten" Verbrennung, direkt in elektrische Energie um. Als „Abgas" entsteht nichts anderes als sauberer Wasserdampf.

Gespeist wird die Brennstoffzelle über den Wasserstofftank und eine externe Luftzufuhr. Ihre erzeugte elektrische Energie – die Leistung – gibt die Brennstoffzelle über einen Wandler und einen nachgeschalteten Bordnetzumrichter an einen oder auch mehrere Elektromotoren ab. Der Wagen wird somit nahezu lautlos, auf jeden Fall aber emissionslos angetrieben.

Zusatzinfo II – Chronologie der Volkswagen Brennstoffzellen-Forschung

Volkswagen ist seit einem Jahrzehnt im Bereich der Brennstoffzellen-Forschung aktiv. Dabei wurde auch das Potential der Niedrigtemperatur-Brennstoffzelle ausgiebig erforscht. Zu den Meilensteinen zählen in diesem Zusammenhang das sogenannte Capri-Projekt (1996 bis 2000 / Hybrid-Antrieb im Golf Variant mit 20-kW-Brennstoffzelle), der Bora HyMotion (2000 / Brennstoffzellen-Hybridfahrzeug mit 30 kW Brennstoffzellen-Dauerleistung), der PSI-Bora in Kooperation mit dem Paul Scherer Institut (2001 / Fahrtests über den 2.005 Meter hohen Simplon-Pass mit 40-kW-Brennstoffzelle) und der Touran HyMotion (seit 2004 / Integration einer Brennstoffzelle mit 65 kW Dauerleistung ohne Einschränkungen des Raumangebots / u.a. Einsätze in Kalifornien und China). Die Forschungsergebnisse zum Thema Niedrigtemperatur-Brennstoffzelle waren letztendlich dafür ausschlaggebend, konzentrierte Energie in die Entwicklung der alltagstauglicheren, kompakteren und günstigeren Hochtemperatur-Brennstoffzellen-Systeme zu investieren.

| VW Media Services
Weitere Informationen:
http://www.volkswagen-media-services.com

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Energie und Elektrotechnik:

nachricht Wie Protonen durch eine Brennstoffzelle wandern
22.06.2017 | Empa - Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt

nachricht Omicron Diodenlaser mit höherer Ausgangsleistung und erweiterter Garantie
20.06.2017 | Omicron - Laserage Laserprodukte GmbH

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Energie und Elektrotechnik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Can we see monkeys from space? Emerging technologies to map biodiversity

An international team of scientists has proposed a new multi-disciplinary approach in which an array of new technologies will allow us to map biodiversity and the risks that wildlife is facing at the scale of whole landscapes. The findings are published in Nature Ecology and Evolution. This international research is led by the Kunming Institute of Zoology from China, University of East Anglia, University of Leicester and the Leibniz Institute for Zoo and Wildlife Research.

Using a combination of satellite and ground data, the team proposes that it is now possible to map biodiversity with an accuracy that has not been previously...

Im Focus: Klima-Satellit: Mit robuster Lasertechnik Methan auf der Spur

Hitzewellen in der Arktis, längere Vegetationsperioden in Europa, schwere Überschwemmungen in Westafrika – mit Hilfe des deutsch-französischen Satelliten MERLIN wollen Wissenschaftler ab 2021 die Emissionen des Treibhausgases Methan auf der Erde erforschen. Möglich macht das ein neues robustes Lasersystem des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnologie ILT in Aachen, das eine bisher unerreichte Messgenauigkeit erzielt.

Methan entsteht unter anderem bei Fäulnisprozessen. Es ist 25-mal wirksamer als das klimaschädliche Kohlendioxid, kommt in der Erdatmosphäre aber lange nicht...

Im Focus: Climate satellite: Tracking methane with robust laser technology

Heatwaves in the Arctic, longer periods of vegetation in Europe, severe floods in West Africa – starting in 2021, scientists want to explore the emissions of the greenhouse gas methane with the German-French satellite MERLIN. This is made possible by a new robust laser system of the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT in Aachen, which achieves unprecedented measurement accuracy.

Methane is primarily the result of the decomposition of organic matter. The gas has a 25 times greater warming potential than carbon dioxide, but is not as...

Im Focus: How protons move through a fuel cell

Hydrogen is regarded as the energy source of the future: It is produced with solar power and can be used to generate heat and electricity in fuel cells. Empa researchers have now succeeded in decoding the movement of hydrogen ions in crystals – a key step towards more efficient energy conversion in the hydrogen industry of tomorrow.

As charge carriers, electrons and ions play the leading role in electrochemical energy storage devices and converters such as batteries and fuel cells. Proton...

Im Focus: Die Schweiz in Pole-Position in der neuen ESA-Mission

Die Europäische Weltraumagentur ESA gab heute grünes Licht für die industrielle Produktion von PLATO, der grössten europäischen wissenschaftlichen Mission zu Exoplaneten. Partner dieser Mission sind die Universitäten Bern und Genf.

Die Europäische Weltraumagentur ESA lanciert heute PLATO (PLAnetary Transits and Oscillation of stars), die grösste europäische wissenschaftliche Mission zur...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Von Batterieforschung bis Optoelektronik

23.06.2017 | Veranstaltungen

10. HDT-Tagung: Elektrische Antriebstechnologie für Hybrid- und Elektrofahrzeuge

22.06.2017 | Veranstaltungen

„Fit für die Industrie 4.0“ – Tagung von Hochschule Darmstadt und Schader-Stiftung am 27. Juni

22.06.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Radioaktive Elemente in Cassiopeia A liefern Hinweise auf Neutrinos als Ursache der Supernova-Explosion

23.06.2017 | Physik Astronomie

Dünenökosysteme modellieren

23.06.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Makro-Mikrowelle macht Leichtbau für Luft- und Raumfahrt effizienter

23.06.2017 | Materialwissenschaften