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Kompakt und mobil

Klein, leicht und handlich ist das Mikrobrennstoffzellensystem, das das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) auf dem internationalen Brennstoffzellen-Fachforum f-cell am 28. und 29. September 2010 in Stuttgart präsentiert. Das neue System unterstützt seit kurzem erfolgreich den batteriebetriebenen Antrieb eines Solarbootes. In Leistung, Lebensdauer und Kosten konnten die DLR-Forscher deutliche Fortschritte im Bereich der kleinen, mobilen Brennstoffzellen erzielen.
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Die auf dem Solarboot eingesetzte Brennstoffzelle arbeitet bei relativ niedrigen Temperaturen bis circa 70 Grad Celsius und verwendet als Wasserstofflieferanten Methanol. Zusammen mit Wasser reagiert der Brennstoff direkt an der Brennstoffzelle zu Wasser und Kohlendioxid. Wird Methanol regenerativ, also aus Biomasse erzeugt, ist der Betrieb nahezu CO2-neutral.

Bild: DLR.

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Nach dreijähriger Entwicklungszeit haben die Stuttgarter DLR-Wissenschaftler im Juli das neue Brennstoffzellensystem zur Demonstration in ein bis zu acht Personen fassendes Solarboot der Firma Kopf Solarschiff eingebaut. Die Brennstoffzelle unterstützt dabei die Batterie des Solarbootes.

Bild: DLR.

Stuttgart, 22.09.2010 | 

Kleine Brennstoffzellensysteme sind als Batterieergänzung oder -ersatz eine interessante Alternative für zahlreiche Anwendungsgebiete - vom kleinen Elektrofahrzeug bis hin zur Bordstromversorgung im Wohnmobil. Dabei handelt es sich um Brennstoffzellen, die mit relativ niedrigen Temperaturen arbeiten und als Brennstoff Methanol verwenden, sogenannte Direktmethanolbrennstoffzellen. Noch sind die portablen Energieversorgungssysteme jedoch zu teuer, zu komplex und wenig kompakt. "Wir haben deshalb sowohl das Material und die einzelnen Komponenten als auch das komplette System weiterentwickelt", erklärt Dr. Johannes Schirmer vom DLR-Institut für Technische Thermodynamik in Stuttgart. "Das 100 Watt starke Kompaktsystem ist jetzt leichter, kleiner und kostengünstiger als bislang möglich", beschreibt der Projektleiter.

Nach dreijähriger Entwicklungszeit haben die Wissenschaftler im Juli das System zur Demonstration in ein bis zu acht Personen fassendes Solarboot der Firma Kopf Solarschiff eingebaut. Die Brennstoffzelle unterstützt dabei die Batterie des Solarbootes als sogenannter "Batterie-Extender", der die Reichweite des Solarbootes verlängert (englisch "extend"). Das System gewährleistet zudem die Energieversorgung des Solarbootes bei schlechtem Wetter und ermöglicht ein jederzeit netzunabhängiges Aufladen der Batterie.

Elektrische Energie aus der Brennstoffzelle

In einem Brennstoffzellensystem wird der verwendete Kraftstoff - zum Beispiel Wasserstoff - in einer direkten elektrochemischen Reaktion mit dem Sauerstoff der Luft, ohne Verbrennung, in elektrische Energie umgewandelt. Die auf dem Solarboot eingesetzte Brennstoffzelle arbeitet bei relativ niedrigen Temperaturen bis circa 70 Grad Celsius und verwendet als Wasserstofflieferanten Methanol. Zusammen mit Wasser reagiert der Brennstoff direkt an der Brennstoffzelle zu Wasser und Kohlendioxid. Wird Methanol regenerativ, also aus Biomasse erzeugt, ist der Betrieb nahezu CO2-neutral.

Gemeinsam mit Partnern aus Industrie und Wissenschaft - darunter das Institut für Chemische Verfahrenstechnik der Universität Stuttgart und die Firmen Staxon, Kopf Solarschiff, Freudenberg, Between und die Ulmer Brennstoffzellen Manufaktur - konnten die Stuttgarter DLR-Forscher das Brennstoffzellen-System erheblich effizienter und kompakter konstruieren. So wurde beim Solarboot das Sitzplatzangebot durch die Integration des Brennstoffzellensystems sogar von vier auf acht Sitzplätze erweitert. Denn ein leichtes Brennstoffzellensystem gleicht den zusätzlichen Leistungsbedarf, der durch eine höhere Personenanzahl entsteht, aus, ohne dabei - wie bei zusätzlichen Akkus der Fall - selbst zu stark ins Gewicht zu fallen. Auch beim sogenannten Brennstoffzellen-Stack, der die Einzelzellen zu einem Stapel verbindet, konnten die Partner eine kostensparende Lösung für eine mögliche Serienfertigung demonstrieren - eine wichtige Voraussetzung für den Durchbruch auf dem Markt der Mikrobrennstoffzellen. Möglich wurden die Arbeiten durch die Förderung des Bundesministeriums für Bildung und Forschung.

Mobile und stationäre Brennstoffzellensysteme

Gemeinsam mit Partnern aus Industrie und Wissenschaft erforscht die Abteilung Elektrochemische Energietechnik des Stuttgarter DLR-Instituts für Technische Thermodynamik Hoch- und Niedertemperaturbrennstoffzellen sowie neuartige, multifunktionale Brennstoffzellensysteme. Basierend auf Grundlagenuntersuchungen entwickeln und demonstrieren die Wissenschaftler Herstellverfahren, Diagnosetechniken und Systemkonzepte. Die Arbeitsschwerpunkte reichen von der kostengünstigen Massenfertigung von Brennstoffzellen über die Entwicklung von Werkstoffen bis hin zum Bau von Demonstrationsanlagen. 25 verschiedene Brennstoffzellenprüfstände, umfangreiche analytische Messtechnik und große Plasmabeschichtungsanlagen unterstützen die Arbeiten der Wissenschaftler beim DLR in Stuttgart.

www.f-cell.de
www.dlr.de/stuttgart

Kontakt:

Julia Duwe (Julia.Duwe@dlr.de)
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)
Kommunikation Stuttgart
Telefon: 0711 6862-480, Fax: 0711 6862-1480

Prof. Dr. rer. nat. K. Andreas Friedrich (Andreas.Friedrich@dlr.de)
DLR-Institut für Technische Thermodynamik
Leiter der Abteilung Elektrochemische Energietechnik
Telefon: 0711 6862-278

Dr. Johannes Schirmer (Johannes.Schirmer@dlr.de)
DLR-Institut für Technische Thermodynamik
Abteilung Elektrochemische Energietechnik, Projektleitung
Telefon: 0711 6862-674

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