BUP11 - BioHealing

Die Brennstoffzelle stößt vor allem in der Automobilindustrie auf großes Interesse als Energiewandler der Zukunft, da sie mit hohem Wirkungsgrad emissionsfrei und unabhängig von fossilen Brennstoffen betrieben werden kann. Das Problem, das es zu lösen gilt, betrifft ein Verschleißphänomen: Sogenannte Pinholes, also Löcher und Risse in den Brennstoffzellenmembranen. Das derzeit unvermeidbares Problem führt zu einem Leistungsabfall und dem vorzeitigen Ende der Lebensdauer der Brennstoffzelle.

Warum sollten diese Defekte reparierbar sein? Das Produkt enthält wertvolle Materialien (die Membran, Platin) und bei der zukünftig angedachten Nutzung der Brennstoffzelle im LKW sind die primären Kosten die Betriebskosten. Ein Leistungsabfall wirkt sich direkt auf den Wasserstoffverbrauch aus. Als Investitionsgut sollte die Brennstoffzelle im LKW jedoch langlebig und effizient arbeiten. Ziel ist es daher, mittels frühzeitiger Reparatur der Membrandefekte eine langlebige, nachhaltige Technologie zu schaffen.

Ziel und Vorgehen

Defekte in der Membran führen zu Leistungseinbußen und schließlich zu einem früheren Ende der Lebensdauer der Brennstoffzelle. Im Projekt soll ein Selbstheilungsmechanismus auf der Basis von Enzymen zum selektiven Versiegeln von Pinholes in der Membran entwickelt werden.

Dazu sind vier Schritte notwendig:

1. Enzyme werden an der PEM-Oberfläche immobilisiert.
2. Das Substrat wird den Enzymen durch die Nadellöcher zugeführt und löst die Reaktion aus.
3. Das Substrat wird in einen Füllstoff, ein Polymer, umgewandelt.
4. Die Nadellöcher werden durch den Füllstoff verschlossen.

Nutzen

Die Ergebnisse des Projekts sind ein erster Schritt auf dem Weg zu einer enzymatischen selbstheilenden Membran für Brennstoffzellen. Weitere Anwendungen umfassen Elektrolyseure oder anderweitige Einsatzgebiete von Membranen.

Weiterführende Informationen

• Publikationen
• YouTube: "BioHealing: Selbstheilende Brennstoffzelle – NEULAND. Innovationswettbewerb 2022"