Die Wasserstoffreinheit f\u00fcr PEM-Brennstoffzellen f\u00fcr Stra\u00dfenfahrzeuge wird in den Normen SAE J2719, ISO 14687-2 und DIN EN 17124 definiert. Grunds\u00e4tzlich gilt, dass jede Wasserstoffverunreinigung die Leistung und Lebensdauer des Brennstoffzellensystems beeintr\u00e4chtigen kann. Dabei wirken sich die verschiedenen Verunreinigungen in der Brennstoffzelle unterschiedlich aus und k\u00f6nnen in 4 Kategorien von Schadensmustern eingeteilt werden:<\/p>\n
1. Besch\u00e4digung des H2 \u2013Tank-\/Rohrleitungssystems
\n2. Leistungsabnahme durch Verd\u00fcnnung des Wasserstoffs
\n3. Reversible Sch\u00e4digung der Brennstoffzelle
\n4. Irreversible Sch\u00e4digung der Brennstoffzelle<\/p>\n
Die Besch\u00e4digung des H2\u2013Tank-\/Rohrleitungssystems wird haupts\u00e4chlich durch Verunreinigungen verursacht, die bei den Betriebsbedingungen des Tanks (Temperaturen von -40\u00b0C bis 80\u00b0C und Dr\u00fccke bis \u00fcber 700 bar) im fl\u00fcssigen oder im festen Zustand vorliegen, wie beispielweise Wasser (H2O) und Kohlenstoffdioxid (CO2). Solche Substanzen f\u00f6rdern durch zwei Faktoren die Besch\u00e4digung und den Verschlei\u00df der Systemkomponenten:<\/p>\n
Die Verd\u00fcnnung des Wasserstoffs erfolgt durch jede Verunreinigung im Wasserstoff. Die Substanzen reduzieren die Wasserstoffkonzentration, wodurch die Leistung einer Brennstoffzelle gemindert wird. Dies f\u00fchrt in kleinen Mengen zu einem verringerten Wirkungsgrad und damit zu einem h\u00f6heren Kraftstoffverbrauch der Brennstoffzelle. Bei einem zu hohen Grad an Verd\u00fcnnung kann die Brennstoffzellen-Performance ganz zusammenbrechen. Sobald wieder reiner Wasserstoff in das System gelangt, funktioniert die Brennstoffzelle \u00fcblicherweise wieder einwandfrei.<\/p>\n
Reversible Sch\u00e4digungen der Brennstoffzelle erfolgen durch Verunreinigungen, die die aktiven Zentren (z.B. den Katalysator) der Brennstoffzelle kurz- bis mittelfristig blockieren. Diese Blockaden haben eine Minderung der Leistung zur Folge. Die Leistungsminderung kann durch die anschlie\u00dfende Verwendung von ausreichend reinem Wasserstoff regeneriert werden. Je nach Konzentration und Verunreinigung kann die Regenerationszeit unterschiedlich lang sein.<\/p>\n
Irreversible Sch\u00e4digungen der Brennstoffzelle entstehen durch Verunreinigungen, die direkt die Brennstoffzellenelektroden oder -membran angreifen (z.B. Schwefelverbindungen). Solche Substanzen gehen chemische Verbindungen mit dem Katalysatormaterial oder der Membran ein. Durch derartige chemische Verbindungen wird die Funktionsf\u00e4higkeit der Brennstoffzelle irreversibel beeintr\u00e4chtigt.<\/p>\n
Die Ursachen f\u00fcr den Eintrag der Verunreinigungen liegen in verschiedenen Prozessschritten der Wasserstofferzeugung und Aufbereitung begr\u00fcndet. Um die m\u00f6glichen Verunreinigungen zu definieren, wird eine Risikoanalyse der Wertsch\u00f6pfungskette durchgef\u00fchrt. Hieraus k\u00f6nnen dann Reinhaltungsma\u00dfnahmen und geeignete Messverfahren abgeleitet werden.<\/p>\n
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Wie wirkt sich Wasserstoffverunreinigung auf eine Brennstoffzelle aus?<\/a><\/blockquote>