Untersuchungen an einer mit Reformat betriebenen PEM-Brennstoffzelle

Abstract

In der vorliegenden Arbeit wurde das Betriebsverhalten einer mit Reformatgas versorgten PEM-Brennstoffzelle mit Hilfe der Zyklovoltammetrie (CV), der Differentiellen Elektrochemischen Massenspektroskopie (DEMS) und durch galvanostatische Versuche experimentell untersucht. Der Ausgangspunkt der Betrachtungen lag auf dem Einsatz kleiner PEM-Brennstoffzellen-Heizgeräte zur dezentralen Energieversorgung in Ein- und Mehrfamilienhäusern, in denen H2 durch autotherme bzw. durch Dampfreformierung gewonnen wird. Den Schwerpunkt bildeten die unterschiedlichen Leistungsverluste durch die Reformatgasanteile CO, CO2 und N2 und der Einfluss der Betriebsparameter Temperatur, Reaktionsbefeuchtung und -konzentration. Für die verwendeten Anodenelektroden konnte das unterschiedliche Vergiftungsverhalten von CO und CO2 erklärt werden. Die Anwesenheit von CO im Anodengas bedingt durch CO-Adsorption an den Pt/C- bzw. PtRu/C-Elektroden große Leistungsverluste. Kommerzielle Membran-Elektroden-Einheiten weisen in typischen Betriebspunkten bei 60° C eine CO-Toleranz von nur 10 ppm (Pt/C) bzw. 50 ppm (PtRu/C) auf. Als Adsorbat infolge der CO2-Reduktion an Pt/C-Elektroden wurde CO nachgewiesen und zur CO2-Reduktion ist adsorbierter H notwendig. Durch Selbstlimitierung der CO2-Reduktion sind die Bedeckungsgrade deutlich kleiner als bei der Adsorption von CO. Des Weiteren verläuft die CO-Adsorption wesentlich schneller. Aus diesen Gründen hat CO2 im Reformat in Anwesenheit von CO vor allem eine verdünnende Wirkung und stellt ohne CO nur ein leichtes Katalysatorgift dar.