Direktmethanol-Brennstoffzellen (DMFC) für die mobile Stromversorgung

Mit über 20.000 Stunden Dauereinsatz erreicht die Direktmethanol-Brennstoffzelle (DMFC) eine neue Bestmarke und zeigt ihre Praxistauglichkeit.

Nicola Kimiaie, Gründerin und Inhaberin von E3 Energy & Environmental EngineerIng. leistete während ihrer Tätigkeit am Forschungszentrum Jülich wesentliche wissenschaftliche Beiträge zum Erfolg des Projektes „Entwicklung von kostengünstigen, langzeitstabilen DMFC-Energiesystemen in der kW-Klasse für Horizontal-Kommissionierer“ (gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie Fördernummer: 0327769A und 0327769B).

Derzeitige Akku-Technologien können den Energiebedarf von elektrisch angetriebenen Kleinfahrzeugen (im Leistungsbereich von einigen Kilowatt) nur für wenige Stunden decken. Dies schränkt die Betriebszeit und die Reichweite dieser Fahrzeuge stark ein. Hinzu kommt, dass während der teilweise mehrerer Stunden andauernden Aufladung des Akkus die Verfügbarkeit dieser Kleinfahrzeuge nicht gegeben ist, außer es ist ein Wechselakku vorhanden, was wiederum mit Kosten verbunden ist. Lange Betriebszeiten, hohe Reichweite, hohe Sicherheit, geringe Aufladezeiten, geringe Kosten, und geringe Umweltbelastung einer Energieversorgungseinheit sind jedoch unabdingbare Voraussetzungen für die Durchsetzung der Elektromobilität in den Markt.

Direktmethanol-Brennstoffzellen (DMFC) wandeln den flüssigen Brennstoff Methanol direkt in elektrischen Strom um. Daher sind DMFC für unterschiedliche Anwendungen attraktiv, vor allem jedoch als Batterie- bzw. Akkuersatz, da zum einen die DMFC-Systeme durch die hohe Energiedichte des Methanols längere Betriebszeiten ermöglichen und zum anderen durch kurzzeitiges Tanken lange Aufladezeiten von Batterien entfallen.

Im Rahmen des Projektes wurde der Batterietrog eines Horizontalkommissionierers (ECE 220, Fa. Jungheinrich) durch ein Direktmethanol-Brennstoffzellen-Hybridsystem der kW-Klasse ersetzt. Dabei wurde das Gewicht im Vergleich zu herkömmlichen Bleibatterien um Faktor 2 reduziert, die Reichweite um Faktor 3 erhöht, eine Systemlebensdauer von 20.000 Betriebsstunden bewiesen und somit den Nachweis erbracht, dass Horizontalkommissionierer in einem 3-Schichtbetrieb mit einem Direktmethanol-Brennstoffzellen-Hybridsystem wirtschaftlich betrieben werden können.

Weitere Anwendungsgebiete für die DMFC liegen im Bereich der Servicerobotik und der Notstromversorgung für die unterbrechungsfreie Stromversorgung, etwa für Mobilfunkstationen und Rechenzentren.

Mehr Informationen finden Sie auf den Webseiten des Forschungszentrum Jülich  (http://www.fz-juelich.de/iek/iek-3/DE/UeberUns/Kooperationen/DMFC-Energiesystem_.html?nn=556962)

Publikationen:
Kimiaie, N. ; Wedlich, K. ; Hehemann, M. ; Lambertz, R. ; Müller, M. ; Korte, C. ; Stolten, D.
Results of a 20,000 h Lifetime Test of a 7 kW Direct Methanol Fuel Cell (DMFC) Hybrid System – Degradation of the DMFC Stack and the Energy Storage
Energy & environmental science 7(9), 3013-3025 (2014)
http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2014/ee/c4ee00749b#!divAbstract

Müller, M. ; Kimiaie, N. ; Glüsen, A. ; Stolten, D.
The Long Way of Achieving a Durability of 20,000 h in a DMFC System
Advances in science and technology 93, 56-60 (2014)
http://www.scientific.net/AST.93.56