Poröse Transportschichten (PTLs) spielen eine entscheidende Rolle bei der Leistung und Skalierbarkeit von Brennstoffzellen. Brennstoffzellen sind elektrochemische Geräte, die die chemische Energie von Wasserstoff, Methanol oder anderen Brennstoffen in Strom, Wärme und Wasser umwandeln. In einer Brennstoffzelle befindet sich die PTL zwischen der Katalysatorschicht und der Gasdiffusionsschicht. Es bietet mehrere wichtige Funktionen, darunter:
1
Gasverteilung
PTLs helfen dabei, Reaktionsgase gleichmäßig über die Oberfläche der Katalysatorschicht zu verteilen. Dies ist wichtig für einen effizienten und gleichmäßigen Brennstoffzellenbetrieb.
2
Wasserverwaltung
PTLs spielen auch eine entscheidende Rolle beim Wassermanagement, indem sie dabei helfen, Wasser aus der Katalysatorschicht und der Gasdiffusionsschicht zu entfernen. Das Wassermanagement ist wesentlich, um das Hydratationsniveau der Protonenaustauschmembran aufrechtzuerhalten und ein Fluten der Kathode zu vermeiden.
3
Elektrische Leitfähigkeit
PTLs dienen auch als elektrische Leiter, die einen Weg mit niedrigem Widerstand für den Elektronenfluss zwischen der Katalysatorschicht und der Gasdiffusionsschicht bereitstellen.
4
Mechanische Unterstützung
PTLs stellen eine mechanische Stütze für die Brennstoffzellenstruktur bereit, wodurch eine Verformung oder ein Kollabieren der Gasdiffusionsschicht und der Katalysatorschicht verhindert wird.
PTLs bestehen typischerweise aus Titanfaser- oder Nickelfilzmaterialien, die eine hohe Porosität und Oberfläche aufweisen. Die Porengröße und -struktur der PTL kann optimiert werden, um die Gasverteilung und das Wassermanagement zu verbessern, was die Brennstoffzellenleistung verbessern kann. Zusätzlich kann die Dicke der PTL angepasst werden, um Gasdiffusion und Wassertransport auszugleichen.
Um eine hohe Leistung und Skalierbarkeit in Brennstoffzellen zu erreichen, müssen das Design und die Materialien der PTL optimiert werden. Die PTL muss unter Betriebsbedingungen der Brennstoffzelle, wie etwa hohen Temperaturen, hoher Feuchtigkeit und der Einwirkung von korrosiven Gasen, dauerhaft und widerstandsfähig gegen Abbau sein.
Darüber hinaus muss die PTL für die großtechnische Brennstoffzellenproduktion kostengünstig und skalierbar sein.
Zusammenfassend spielen das Design und die Optimierung von PTLs eine entscheidende Rolle beim Erreichen einer leistungsstarken und skalierbaren Brennstoffzellentechnologie.
