Membranen für PEM-Brennstoffzellen

Der Fortschritt der Brennstoffzellen-Technologie seit Mitte der 80er Jahre hat dazu geführt, dass sich Brennstoffzellen zu einer allgemein akzeptierten Technologie des 21. Jahrhunderts entwickelt haben. Zentrale Komponente dieser Technik ist die Membran. Die Membranen sind für diese Applikation auf hohe Leistung, Langzeitstabilität und Zuverlässigkeit ausgelegt. In Abhängigkeit der Anwendung unterscheiden sich die Membranen hauptsächlich in der Materialdicke. So sind z.B. spezielle Brennstoffzellensysteme auf die Umsetzung niedermolekularer Alkohole ausgelegt. Sehr dünne Membranen mit 10-15 µm werden hauptsächlich für Brennstoffzellenfahrzeuge in der Leistungsklasse von 50 bis 300 kW eingesetzt, welche z.B. Personenkraftwagen, Kleintransporter und Busse umfasst. Diese Klasse beinhaltet auch die aufskalierbaren Module für den Einsatz in Zügen.

Die Dicke der Membranen welche für den Einsatz in Lastkraftwagen sowie marinen Anwendungen mit Leistungen bis zu 500 kW zum Einsatz kommen, liegt bei 20 bis 30 µm. Hinzu kommt eine Anwendung dieser Membrantypen in Multi-MW-Anlagen. 

Membranen mit einer Dicke von 60 bis 100 µm sind für die Verwendung in Wasserstoff-Sauerstoff-Systemen konzipiert, welche höhere Betriebsdrücke aufweisen. Sie zeichnen sich durch sehr hohe Verlässlichkeit unter diesen Betriebsbedingungen aus. Bei den Membranen vom Typ F-14100 und F-1850 handelt es sich um Blend-Membranen für den Einsatz in BZ-Systemen mit Direkt-Alkohol-Umsetzung. Diese Membranen weisen ein sehr geringes Quellungs- und Cross-Over-Verhalten auf.

Die Tabellen 1 und 2 geben einen Überblick zu den verschiedenen Membranen und deren wesentlichen Eigenschaften.