Hochtemperatur-Brennstoffzelle

Die Volkswagen Forschung hat eine in dieser Form weltweit einzigartige Hochtemperatur-Brennstoffzelle (HT-BZ) entwickelt. Sie eliminiert zahlreiche Nachteile der bisher bekannten Niedrigtemperatur-Brennstoffzellen (NT-BZ), wie sie weltweit in nahezu allen Fahrzeugtypen mit diesem Antriebssystem eingesetzt werden. „Die in siebenjähriger Forschungsarbeit von Volkswagen in Eigenregie entwickelte Hochtemperatur-Brennstoffzelle wird das Gesamtsystem im Auto leichter, kompakter, standfester und preiswerter machen. Und das sind die entscheidenden Kriterien, um die Brennstoffzelle in Richtung Großserie auf den Weg zu bringen“, so Prof. Dr. Jürgen Leohold, Leiter der Volkswagen Konzernforschung.

Im Detail hat die Volkswagen Forschung insbesondere Membran und Elektroden der Brennstoffzelle neu entwickelt. Membran, Elektroden, Zellen – dahinter verbirgt sich der ausgesprochen komplizierte Prozess, um aus chemischer Energie elektrische Energie zu gewinnen und damit den Elektromotor des zukünftigen Brennstoffzellen-Autos anzutreiben. Im Vergleich zur Niedrigtemperatur-Brennstoffzelle bietet das Volkswagen System mit den neu entwickelten Teilen Membran und Elektroden folgende Vorteile: Der Hochtemperatur-Brennstoffzelle reicht ein deutlich einfacheres Kühlsystem und Wassermanagement aus. Und das reduziert das Gewicht und die Kosten signifikant. Darüber hinaus verringert sich der Raumbedarf des Brennstoffzellen-Systems um mehr als 30 Prozent. Fahrzeug-Prototypen mit Niedrigtemperatur-Brennstoffzellen besitzen dagegen ein extrem aufwendiges und teures Kühlsystem und allein die Kühlerfläche ist etwa dreimal so groß wie bei Dieselmotoren.

Die von Volkswagen entwickelte Hochtemperatur-Membran kann in Verbindung mit den neu konzipierten Elektroden – ohne Leistungsverlust – bei Temperaturen von 120 Grad dauerhaft „gefahren“ werden, und zwar ohne Befeuchtung. Novum und Hintergrund: Bei der Hochtemperatur-Brennstoffzelle findet die Protonenleitung über Phosphorsäure statt. Diese Säure hat ähnlich gute elektrolytische Eigenschaften wie Wasser, weist allerdings einen höheren Siedepunkt auf. Die Niedrigtemperatur-Brennstoffzelle wird dagegen bei einer Membran-Temperatur von rund 80 Grad Celsius betrieben. Steigt die Temperatur deutlich über diesen Wert, bricht die Brennstoffzellenleistung ein und die Zelle nimmt irreparablen Schaden. Zudem müssen in einem Niedrigtemperatur-System die zugeführten Gase Wasserstoff und Luft permanent befeuchtet werden, da ansonsten ebenfalls die Energieproduktion einbricht und die Brennstoffzelle dauerhaft beschädigt wird.

Volkswagen ist seit einem Jahrzehnt im Bereich der Brennstoffzellen-Forschung aktiv. Dabei wurde auch das Potential der Niedrigtemperatur-Brennstoffzelle ausgiebig erforscht. Die Forschungsergebnisse zum Thema Niedrigtemperatur-Brennstoffzelle waren letztendlich dafür ausschlaggebend, konzentrierte Energie in die Entwicklung der alltagstauglicheren, kompakteren und günstigeren Hochtemperatur-Brennstoffzellen-Systeme zu investieren. Die Hochtemperatur-Technologie ist nun für den nächsten Forschungsschritt einsatzfähig. Der Blick in die Zukunft könnte dabei so aussehen: Es entstehen immer leistungsstärkere Hochtemperatur-Brennstoffzellensysteme, die Schritt für Schritt perfektioniert werden und vorraussichtlich im Jahr 2010 die ersten Forschungsfahrzeuge antreiben. Um 2020 könnte es den ersten Volkswagen mit einem – und das ist entscheidend – alltagstauglichen und bezahlbaren Brennstoffzellen-Antrieb geben. „Wir glauben, dass der Hochtemperatur-Brennstoffzelle die Zukunft gehört. Der Niedrigtemperatur-Brennstoffzelle räumen wir dagegen kaum mehr Chancen auf eine Großserienfertigung ein“, so Prof. Dr. Leohold.