Gasdiffusionsschicht aus Titanfaserfilz: Verbesserung der Brennstoffzellenleistung

Einleitung

Brennstoffzellen haben im Laufe der Jahre immer mehr an Bedeutung gewonnen. Ihre Funktionsweise basiert auf vielen Komponenten. Die Gasdiffusionsschicht ist eine der wichtigsten Komponenten. Die Gasdiffusionsschicht aus Titanfaserfilz ist eine neue Alternative, die effizienter ist.

Was ist eine Gasdiffusionsschicht?

Die Gasdiffusionsschicht ist eine Komponente der Brennstoffzelle, die für eine gleichmäßige Verteilung der Gase im System sorgt. Außerdem ermöglicht sie das Wassermanagement und die mechanische Festigkeit. Eine effektiv gestaltete Gasdiffusionsschicht ermöglicht es, dass die chemischen Reaktionen mit gleichmäßiger Geschwindigkeit ablaufen.

Was ist eine Gasdiffusionsschicht aus Titanfaserfilz?

Diese Art von Gasdiffusionsschicht wird aus Titanfasern hergestellt. Die Fasern werden zu einer porösen Schicht verfilzt. Die hochwertigen Metallfasern gewährleisten die Kontinuität der Struktur bei hervorragender elektrischer Leitfähigkeit und Korrosionsbeständigkeit. Das Ergebnis ist ein Material, das unter den hohen Anforderungen des Brennstoffzellenbetriebs gut funktioniert.

Eigenschaften von Titanfaserfilz

Der Titanfaserfilz hat einige interessante Eigenschaften:

- Hohe Porosität mit einem Anteil von 80 bis 90 Prozent. Dadurch wird der Durchgang von Gasen erleichtert.

- Ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit. Dies ist wichtig, wenn er lange Zeit in rauen Umgebungen eingesetzt wird.

- Gute mechanische Festigkeit. Sie kann der Kompression und dem Druck standhalten, die in Brennstoffzellenstapeln üblich sind.

- Leichtes Gewicht. Brennstoffzellen funktionieren besser mit leichteren Materialien.

- Höhere elektrische Leitfähigkeit im Vergleich zu einigen Schichten auf Kohlenstoffbasis. Dies kommt dem Gesamtwirkungsgrad der Zelle zugute.

Die Forschung hat gezeigt, dass diese Eigenschaften die Lebensdauer und den Wirkungsgrad der Brennstoffzelle verbessern.

Herstellungsverfahren

Titanfaserfilz wird durch eine Reihe von Arbeitsschritten hergestellt. Zunächst werden die Titanfasern auf Länge geschnitten. Die Fasern werden dann durch Verfahren wie Nassverlegung oder Vernadelung zu einer Matte verarbeitet. Es folgt ein Sintervorgang. Beim Sintern werden die Fasern ohne andere Materialien miteinander verbunden. Dabei bleiben die Porosität und die Festigkeit des Filzes erhalten. Die heutigen Verfahren ermöglichen starke, gleichmäßige Schichten, die für Brennstoffzellenanwendungen geeignet sind.

Leistung in Brennstoffzellen

Der Betrieb einer Brennstoffzelle hängt von einer gleichmäßigen Gasverteilung und einem effektiven Wassermanagement ab. Die Gasdiffusionsschicht aus Titanfaserfilz zeichnet sich in diesen beiden Punkten aus. Brennstoffzellen, die dieses Material enthalten, weisen eine verbesserte Stromverteilung und Stabilität auf. In Tests wurden in vielen Fällen Leistungsverbesserungen von 10 % oder mehr im Vergleich zu Standardschichten festgestellt. Die verbesserte Wasseraufnahme verringert die Überflutung, ein häufiges Problem bei Brennstoffzellen. Das Ergebnis ist ein längerfristig stabiler Betrieb.

Vorteile im Vergleich zu Gasdiffusionsschichten auf Kohlenstoffbasis

Gasdiffusionsschichten auf Kohlenstoffbasis sind seit Jahrzehnten die Norm. Sie haben jedoch auch bekannte Nachteile. Gasdiffusionsschichten aus Titanfaserfilz bieten mehrere Vorteile:

- Verbesserte Korrosionsbeständigkeit bei hohem Potenzial und hoher Luftfeuchtigkeit.

- Bessere mechanische Beständigkeit bei wiederholten Betriebszyklen.

- Verbesserte elektrische Leitfähigkeit durch die Metallfasern.

- Bessere thermische Stabilität bei hoher Hitzeentwicklung.

Diese Vorteile machen den Titanfaserfilz zu einer zuverlässigen Option für anspruchsvolle Anwendungen.

Anwendungen der Titanfaserfilz-Gasdiffusionsschicht

Die Gasdiffusionsschicht aus Titanfaserfilz findet ihren Weg in verschiedene Brennstoffzellenanwendungen:

- In Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellen für den Transport trägt sie zu einer höheren Lebensdauer und einem stabilen Betrieb bei.

- In stationären Stromversorgungssystemen trägt sie zur Aufrechterhaltung des Wirkungsgrads bei wechselnden Belastungen bei.

- Wissenschaftler haben auch Visionen für seine Anwendung in der Notstromversorgung und in der Luft- und Raumfahrt.

Bei Brennstoffzellen für Kraftfahrzeuge, die dieses Material verwenden, hat sich beispielsweise gezeigt, dass die Degradation im Laufe der Zeit abnimmt, was einen geringeren Wartungsaufwand bedeutet.

Weitere Lektüre: Gasdiffusionsschichten: Warum Faserfilze die bevorzugte Wahl sind

Fazit

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Gasdiffusionsschicht aus Titanfaserfilz ein großes Potenzial zur Verbesserung der Leistung von Brennstoffzellen hat. Ihre Leitfähigkeit, Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und hohe Porosität ermöglichen einen reibungslosen und effizienten Betrieb von Brennstoffzellen. Die Herstellungsverfahren bewahren diese Vorteile, ohne die Kosten in die Höhe zu treiben. Seine bessere Leistung und sein Nutzen im Vergleich zu kohlenstoffbasierten Schichten machen es zu einer praktikablen Option für künftige Anwendungen. Da sich die Brennstoffzellentechnologie noch immer weiterentwickelt, ist davon auszugehen, dass dieses Material eine immer wichtigere Rolle bei der Verlängerung der Lebensdauer und der Verbesserung der Effizienz von Energiesystemen spielen wird.

Häufig gestellte Fragen

F: Inwiefern ist Titanfaserfilz besser als Schichten auf Kohlenstoffbasis?

F: Er bietet eine bessere Korrosionsbeständigkeit, mechanische Festigkeit und elektrische Leitfähigkeit.

F: Wie wird die Gasdiffusionsschicht aus Titanfaserfilz hergestellt?

F: Titanfasern werden zu einer Matte verfilzt und gesintert, um die Fasern unter Beibehaltung der Porosität zu verbinden.

F: Wird der Gesamtwirkungsgrad der Brennstoffzelle durch dieses Material verbessert?

F: Ja, seine Eigenschaften ermöglichen ein besseres Gas- und Wassermanagement, was zu einer verbesserten Leistung der Brennstoffzelle führt.