Materialien mit geringer Elution für Brennstoffzellen

Bei Brennstoffzellen wird der als Brennstoff dienende Wasserstoff von außen zugeführt und die durch die elektrochemische Reaktion dieses Wasserstoffs mit dem Sauerstoff der Luft gewonnene elektrische Energie in Form von elektrischem Strom extrahiert.
Brennstoffzellen erzeugen im Prinzip Strom, indem sie den Prozess der Wasserelektrolyse umkehren. Wenn Wasserstoffatome mit der Brennstoffelektrode (negative Elektrode) in Kontakt kommen, geben sie Elektronen ab und werden zu Wasserstoffionen. Die freigesetzten Elektronen fließen zur Luftelektrode (positive Elektrode) und erzeugen einen elektrischen Strom. Gleichzeitig wandern die an der Brennstoffelektrode erzeugten Wasserstoffionen durch einen Elektrolyten, um an der Luftelektrode Elektronen zurückzugewinnen, indem sie sich mit Sauerstoff zu Wasser verbinden.

Siehe auch: Agentur für natürliche Ressourcen und Energie, japanisches Ministerium für Wirtschaft, Handel und Industrie

Als Stack bezeichnet man den Bereich einer Brennstoffzelle, in dem elektrische Energie erzeugt wird.

​Der Stapel besteht aus mehreren übereinander geschichteten Zellen; jede Zelle enthält einen Separator, der einen Strömungsweg für Wasserstoff und Sauerstoff bereitstellt, und eine Membran-Elektroden-Einheit (MEA), die aus Katalysatorschichten, Elektrolytschichten, Gasdiffusionsschichten und einer Dichtungsstruktur besteht.​​​​​

Siehe auch: Agentur für natürliche Ressourcen und Energie, japanisches Ministerium für Wirtschaft, Handel und Industrie

Brennstoffzellen können in vier Kategorien eingeteilt werden. Jede Kategorie weist – basierend auf der Art des verwendeten Elektrolyten – ein charakteristisches Verhalten in Bereichen wie beispielsweise Wirkungsgrad der Stromerzeugung und Betriebstemperatur auf.

Die Anwendungen von Brennstoffzellen können in zwei Kategorien unterteilt werden: Automobil- und stationäre Anwendungen.
Sowohl staatliche als auch private Akteure verfolgen derzeit aktive Initiativen zur Förderung der Nutzung von Brennstoffzellen. Und der heutige Tag könnte der entscheidende Moment dafür sein, ob Brennstoffzellen in Zukunft wirklich an Popularität gewinnen oder nicht.

Wie oben erwähnt, verwenden Brennstoffzellen Wasserstoff und Sauerstoff zur Erzeugung elektrischer Energie.
Aus diesem Grund sind Brennstoffzellenstapel typischerweise von verschiedenen Peripheriekomponenten umgeben, darunter Kanäle, Rohre, Verbindungselemente und Werkzeuge wie Wasserstoffkreislaufpumpen und Kompressoren, die große Mengen Luft zu den Stapeln transportieren.

Da das Vorhandensein überschüssiger Ionen den Elektronentransfer behindern und zu Fehlfunktionen führen kann, müssen diese Peripheriekomponenten aus Materialien mit geringer Ionenelution hergestellt sein.

Eine weitere Anforderung besteht darin, dass die Materialien gegenüber Hydrolyse bei hohen Temperaturen beständig sind, um Probleme zu vermeiden, die mit Hydrolyse oder thermischer Zersetzung aufgrund des Wassers und der Wärme einhergehen, die als Nebenprodukte bei der Stromerzeugung entstehen.