Verbundvorhaben H2-Brennstoffzellen-Stack für Luftfahrtanwendungen "H2Sky"; Teilvorhaben der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg

Abstract

Das Vorhaben H2Sky adressiert die Entwicklung eines luftfahrttauglichen PolymerelektrolytMembran- (PEM-) Brennstoffzellen-Stacks als Hauptantriebsquelle für emissionsfreie Passagierflugzeuge. Im Vergleich zu heute verfügbaren, überwiegend für den Automobilbereich ausgelegten Brennstoffzellensystemen stellt die Luftfahrt deutlich höhere Anforderungen an Leistung, Lebensdauer, Betriebsbedingungen sowie an Zuverlässigkeit und Sicherheit. Der Übergang von derzeitigen Systemen im Leistungsbereich von etwa 250 kW zu luftfahrttauglichen Hochleistungssystemen erfordert daher substanzielle Weiterentwicklungen auf Material-, Komponenten- und Stacksystemebene. Vor diesem Hintergrund zielt H2Sky auf die Weiterentwicklung eines bestehenden automotiven Stackdesigns hin zu einem industriell skalierbaren Luftfahrt-Stackkonzept ab. Die Juniorgruppe "Elektrochemische Energiesysteme" der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg befasst sich im Projekt mit der anwendungsorientierten Weiterentwicklung und Integration neuartiger Materialien für das luftfahrttaugliche Brennstoffzellensystem. Im Fokus steht die Untersuchung ionenleitfähiger Kohlenwasserstoffe (HC) als Elektrolytmaterial in der Membran-Elektroden-Einheit (MEA). Ex-situ-Untersuchungen bescheinigen der fluorfreien Materialklasse eine hohe thermische Stabilität bei gleichzeitig geringem Gasübertritt. Dadurch wird die Möglichkeit eines luftfahrt-relevanten Hochtemperaturbetriebs über 100 °C gewährleistet, welcher von derzeit üblichen Perfluorsulfonsäure- (PFSA-) basierten Systemen bislang nur eingeschränkt abgedeckt wird. Ziel ist es, Modell-MEAs systematisch zu charakterisieren und gezielt für die spezifischen Betriebsbedingungen der Luftfahrt zu optimieren. Ein zentraler Schwerpunkt liegt auf der Verlustmechanismenanalyse.