Das Korrosionsverhalten metallischer passivierbarer Werkstoffe in der Polymerelektrolyt-Membran-Brennstoffzelle:
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INHALTSVERZEICHNIS
1
EINLEITUNG
.
1
2
GRUNDLAGEN
DER
MEMBRAN-BRENNSTOFFZELLE
.
5
2.1
FUNKTIONSPRINZIP
DER
PEMFC
.
5
2.2
CHEMISCHE
THERMODYNAMIK
DER
MEMBRAN-BRENNSTOFFZELLE
.
7
2.3
ZELLCHARAKTERISIERUNG
IM
REALBETRIEB
.
9
2.4
DIE
HERSTELLUNG
DER
MEMBRAN-ELEKTRODENEINHEIT
.
12
2.5
AUSLEGUNGSKRITERIEN
BIPOLARER
STRUKTUREINHEITEN
.
13
2.5.1
KOSTENREDUZIERUNG
DER
BIPOLAREN
STRUKTUREINHEIT
.
14
2.5.2
ZELLCHARAKTERISIERUNG
MIT
HILFE
DER
MATERIALKENNDATEN
.
16
2.5.2.1
DAS
SPEZIFISCHE
LEISTUNGSGEWICHT
G
.
16
2.5.2.2
DER
SPEZIFISCHE
ELEKTRISCHE
WIDERSTAND
.
19
2.5.3
ZUVERLAESSIGKEIT
DER
METALLISCHEN
STRUKTUREINHEIT
IM
GESAMTSYSTEM
.
22
2.5.4
ZUSAMMENFASSUNG
.
23
3
GRUNDLAGEN
DER
PASSIVIERBAREN
METALLE
.
25
3.1
BEGRIFF
DER
PASSIVITAET
METALLISCHER
WERKSTOFFE
.
25
3.2
EINFLUSS
DER
LEGIERUNGSELEMENTE
AUF
DAS
PASSIVIERUNGSVERHALTEN
ROSTFREIER
EDELSTAEHLE
IN
WAESSRIGEN
SAUREN
ELEKTROLYTEN
.
28
3.3
EINFLUSS
DER
OBERFLAECHENBESCHAFFENHEIT
UND
DES
GEFUEGEZUSTANDES
AUF
DAS
KORROSIONSVERHALTEN
ROSTFREIER
EDELSTAEHLE
.
29
3.4
KORROSIONSVERHALTEN
VON
TITAN
UND
TITANLEGIERUNGEN
IN
WAESSRIGEN
SAUREN
ELEKTROLYTEN
.
30
4
VERSUCHSAUFBAU
UND
VERSUCHSDURCHFUEHRUNG
.
32
4.1
VERSUCHSANLAGE
.
32
4.2
VERSUCHSDURCHFUEHRUNG
UND
LABORBRENNSTOFFZELLEN
.
34
4.3
VERSUCHSDURCHFUEHRUNG
UND
WERKSTOFFPROBENAUSWAHL
.
39
4.3.1
VORUNTERSUCHUNGEN
-
UNTERSUCHUNGEN
ZUM
PRIMAERSCHADEN
.
39
4.3.2
UNTERSUCHUNGEN
ZUM
SEKUNDAERSCHADEN
.
41
4.3.3
UNTERSUCHUNGEN
ZUR
MINDERUNG
DER
KORROSIONSPROBLEMATIK
.
41
II
5
DIE
BIPOLARE
METALLISCHE
STRUKTUREINHEIT
IM
KORROSIONSSYSTEM
PEMFC
.
43
5.1
STAND
DER
TECHNIK
.
43
5.2
DAS
KORROSIONSSYSTEM
PEMFC
.
47
5.2.1
KORROSION
DURCH
ANODISCHE
POLARISIERUNG
PASSIVIERBARER
METALLE
.
49
5.2.2
AKTIVE
KORROSION
PASSIVIERBARER
METALLE
.
53
5.2.3
ZUSAMMENFASSUNG
.
54
5.3
EXPERIMENTELLE
UNTERSUCHUNGEN
ZUM
PRIMAERSCHADEN
.
56
5.3.1
VISUELLER
ZEITL.
SCHADENABLAUF
-
MAKROSKOPISCHES
ERSCHEINUNGSBILD
.
57
5.3.1.1
KORROSIONSSCHADEN
IM
ZELLTYP
1
.
57
5.3.1.2
KORROSIONSSCHADEN
IM
ZELLTYP
2
.
63
5.3.2
MIKROSKOPISCHES
ERSCHEINUNGSBILD
.
67
5.3.3
ZUSAMMENFASSUNG
UND
DISKUSSION
.
71
5.4
EXPERIMENTELLE
UNTERSUCHUNGEN
ZUM
SEKUNDAERSCHADEN
.
72
5.4.1
DEGRADATION
DER
ZELLEISTUNG
DURCH
VERGIFTUNG
DER
MEA
.
72
5.4.1
1
MEA-KONTAMINATION
MIT
EISENIONEN
.
73
5.4.1.2
MEA-KONTAMINATION
MIT
CHROMIONEN
.
75
5.4.1.3
MEA-KONTAMINATION
MIT
KUPFERIONEN
.
77
5.4.1.4
MEA-KONTAMINATION
MIT
NICKELIONEN
.
79
5.4.1.5
ZUSAMMENFASSUNG
UND
DISKUSSION
.
80
5.4.2
DEGRADATION
DER
ZELLEISTUNG
DURCH
DIE
KORROSIONSBEDINGTE
ZUNAHME
DER
KONTAKTWIDERSTAENDE
.
83
5.4.2.1
STRUKTURPLATTEN
AUS
EDELSTAHL
.
84
5.4.2.2
STRUKTURPLATTEN
AUS
ALUMINIUM
.
84
5.4.3
LEISTUNGSZUSAMMENBRUCH
DURCH
ELEKTRISCHEN
KURZSCHLUSS
.
85
5.5
ZUSAMMENFASSUNG
UND
DISKUSSION
.
87
6
MODELLBILDUNG
.
92
6.1
DAS
KORROSIONSSCHADENMODELL
DER
ELEKTROLYTBRUECKENBILDUNG
.
92
6.2
DAS
KORROSIONSSCHADENMODELL
DES
ANODENSEITIGEN
FILMZUSAMMENBRUCHS
.
97
7
EXPERIMENTELLE
UNTERSUCHUNGEN
ZUR
MINDERUNG
DER
KORROSIONSPROBLEMATIK
.
102
7.1
EINFLUSS
DER
OBERFLAECHENBESCHAFFENHEIT
.
102
7.1.1
CHEMISCHE
OBERFLAECHENNACHBEHANDLUNG
.
103
7
1.2
VARIATION
DES
FORMGEBUNGSVERFAHRENS
.
104
III
7.1.3
ZUSAMMENFASSUNG
.
106
7.2
EINFLUSS
DER
LEGIERUNGSZUSAMMENSETZUNG
.
107
7.2.1
VERSUCHSDURCHFUEHRUNG
.
107
7.2.2
VERSUCHSERGEBNISSE
.
108
7.2.3
ZUSAMMENFASSUNG
UND
DISKUSSION
.
111
7.3
EINFLUSS
DES
DIFFUSIONSSCHICHTDESIGNS
.
112
7.4
EINFLUSS
DES
ZELLDESIGNS
.
114
7.4.1
VERSUCHSERGEBNISSE
.
115
7.4.2
DISKUSSION
.
116
7.5
EINFLUSS
DER
BETRIEBSART
.
118
7.5.1
DIE
STAHLLEGIERUNG
1.4301
IM
INTERMITTIERENDEN
BETRIEB
.
118
7.5.2
DIE
STAHLLEGIERUNG
1.4539
IM
LABORBETRIEB
.
119
7.5.3
ZUSAMMENFASSUNG
.
120
7.6
WEITERFUEHRENDE
UNTERSUCHUNGEN
IM
STACKBETRIEB
.
121
7.6.1
DESIGNPARAMETER,
AUSLEGUNGSDATEN
UND
LEISTUNGSCHARAKTERISTIKA
.
121
7.6.2
VERSUCHSDURCHFUEHRUNG
UND
ERGEBNISSE
.
123
7.6.3
ZUSAMMENFASSUNG
UND
DISKUSSION
.
129
7.7
ZUSAMMENFASSUNG
UND
DISKUSSION
.
133
7.7.1
DER
KORROSIONSSCHADEN
UND
DIE
KORROSIONSSCHADENMODELLE
.
133
7.7.2
UNTERSUCHUNGEN
ZUR
MINDERUNG
DER
KORROSIONSPROBLEMATIK
.
134
7.7.3
DISKUSSION
DER
KORROSIONSSCHADENMODELLE
.
137
7.7.4
AUSBLICK:
DAS
KONZEPT
DER
BIPOLAREN
EDELSTAHLSTRUKTURPLATTE
.
142
8
WEITERFUEHRENDE
UNTERSUCHUNGEN
MIT
ALTERNATIVEN
STRUKTURWERKSTOFFEN
.
144
8.1
CHROM
(99,7%)
.
144
8.2
TITAN
UND
TITANLEGIERUNGEN
.
146
8.3
ZUSAMMENFASSUNG
UND
DISKUSSION
.
147
8.3.1
CHROM:
DAS
KONZEPT
DER
VERCHROMTEN
BIPOLAREN
STRUKTUREINHEIT
.
147
8.3.2
TITAN
.
149
9
ZUSAMMENFASSUNG
.
151
10
LITERATURVERZEICHNIS
.
155
11
ANHANG
161 |
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