Schlussbericht zum FLUID-Teilvorhaben "Faserbasierte Membranverstärkung" im Rahmen des BMWE-Verbundvorhabens "FLUID - Fluor-freie Befeuchter-Flachmembran und innovatives Membranwickelelement für die Kathodenluftbefeuchtung in PEM-Brennstoffzellen"

Abstract

Ein wesentlicher Faktor für die Leistung und Langzeitstabilität von PEM-Brennstoffzellen ("Polymer-Elektrolyt-Membran") ist das Wasser-Management in der Brennstoffzelle. Der (Kathoden-) Luftbefeuchter spielt als Bauteil dabei eine zentrale Rolle. Die Hohlfasermembran-basierte Kathodenluftbefeuchtung ist dabei der anerkannte Stand der Technik bei kommerziellen Brennstoffzellsystemen. Im Rahmen dieses Verbundvorhabens mit dem Akronym „FLUID“ sollten sowohl neuartige Fluor-freie Flachmembrane als auch ein neues, gewickeltes Moduldesign für Membranbefeuchter zur Anwendung in PEM-Brennstoffzellen bis in den Pilotmaßstab entwickelt und validiert werden. Im hier berichteten Teilvorhaben wurden an den DITF Feinstfaservliesstoffe aus Hochleistungspolymeren (PPS, PEEK, PSU und PESU) als faserbasierte Membranverstärkungen entwickelt. Das zentrale Ergebnis dreht sich dabei um die erfolgreiche Erschließung der Polyarylsulfone aus der BASF-Ultrason-Reihe (Teilvorhaben 03EN5030D) für den Meltblow-Prozess (MB) zur Produktion von Mikrofaser-Vliesen und für den Zentrifugen-Elektrospinnprozess (CES) zur Produktion von Nanofaser-Vliesen. Im lösungsbasierten CES-Prozess wurde auf möglichst unbedenkliche und nachhaltige Lösungsmittel Wert gelegt und vornehmlich Agnique AMD 3L sowie Cyclohexanon verarbeitet. Die erfolgreich entwickelten Feinstfaservliese wurden anschließend im Teilprojekt der FUMATECH (03EN5030A) auf Ihre Eignung als Trägerstrukturen in Membrananwendungen hin untersucht, können als Halbzeuge jedoch auch in anderen chemisch und thermisch anspruchsvolleren Anwendungen von Interesse sein.