Topographische und mikrostrukturelle Beschreibung lasertexturierter Brennstoffzellenmembranen

Abstract

Diese Arbeit beschäftigt sich mit der topografischen Untersuchung und Optimierung katalytischer Elektrodenschichten, welche Teil der Catalyst Coated Membrane (CCM) von Proton Exchange Membrane (PEM) Brennstoffzellen sind. Die CCM bildet das Herzstück der Brennstoffzelle, welche durch Zufuhr von Wasserstoff und Sauerstoff zur emissionsfreien Stromerzeugung eingesetzt werden kann und zukünftig eine wichtige Rolle in einer nachhaltigen Energiewirtschaft einnehmen wird. Besonders im Bereich der Mobilität könnte der Wasserstoffantrieb eine wichtige Alternative zu konventionellen und batteriebetriebenen Fahrzeugen darstellen. Bevor sich die Wasserstofftechnologie jedoch in größerem Maße etablieren kann, ist noch weitere Forschungsarbeit zur Sicherstellung der Konkurrenzfähigkeit erforderlich. Ziel dieser Arbeit ist die Erprobung der Laserbearbeitung von Brennstoffzellenelektrodenmittels Ultrakurzpulslasers, welche als Ziel die Schaffung einer möglichst maßgeschneiderten Elektrodenoberfläche hat. Die Ergebnisse zeigen, dass Ultrakurzpulslaser ein geeignetes Mittel zur Bearbeitung der wenige Mikrometer dicken Brennstoffzellenelektroden darstellen und unter anderem zur Vergrößerung der Oberfläche durch Abtragung feinster Schichten ohne signifikante chemische Beeinflussung geeignet sind.

This work deals with the topographical investigation and optimization of catalytic electrode layers, which are part of the Catalyst Coated Membrane (CCM) of Proton Exchange Membrane (PEM) fuel cells. The CCM forms the heart of fuel cells, which can be used to generate emission-free electricityby supplying hydrogen and oxygen and will play an important role in a sustainable energy economy in the future. Especially in the field of mobility, the hydrogen drive could represent an important alternative to conventional and battery-powered vehicles in the near future. However, before hydrogen technology can establish itself, further research work is required to ensure competitiveness. The aim of this work is to test the processing of fuel cell electrodes using an ultra-short pulse laser, which aims to create an electrode surface that is as tailor-made as possible. The results show that ultrashort pulse lasers are a suitable means of processing electrodes that are only a few micrometers thick and are suitable for increasing the surface area by ablating very fine layers without significant chemical influence.