Das Forschungs- und Entwicklungsprojekt PEMTASTIC zielt darauf ab, die wichtigsten technischen Herausforderungen zu bewältigen, um die Haltbarkeit von MEAs für den Schwerlastverkehr zu erhöhen. Diese Herausforderungen werden mit einer Kombination aus modellbasiertem Design und der Entwicklung einer langlebigen CCM unter Verwendung innovativer Materialien angegangen, die für den Hochleistungsbetrieb bei hohen Temperaturen (105°C) ausgelegt sind. Die quantitativen Ziele entsprechen einer Lebensdauer von 20.000 Stunden unter Beibehaltung einer Leistungsdichte von 1,2 W/cm2@0.65 V bei einer Pt-Beladung von 0,30 g/kW.

Die Einsatzprofile der Fahrzeuge werden analysiert (Symbio), um relevante Brennstoffzellen-Betriebsprotokolle und Stressoren zu definieren. Die Degradationstests werden in differentiellen Zellen durchgeführt und durch eine physikalisch-chemische Materialcharakterisierung unterstützt, um gut definierte Daten für die Parametrisierung von Degradationsmodellen zu erhalten (CEA, DLR). Eine Kombination von Mikro- und Mesoskalenmodellen sowie 1D- und 2D-Zellmodellen (ZHAW, DLR) wird den Einfluss von Materialparametern auf Leistung und Haltbarkeit erfassen und alle Material- und CCM-Parameter berücksichtigen, die von den Industriepartnern iterativ angepasst werden.

Bei den Materialien, die implementiert und angepasst werden, handelt es sich um fortschrittliche korrosionsbeständige Träger (Imerys) in Kombination mit einer neuartigen Katalysatorabscheidungstechnik (Heraeus), um den ECSA-Verlust zu mindern. Es werden Prototypen von Nafion-Ionomeren und Membranen mit hoher Leitfähigkeit verwendet (Chemours). Schließlich wird eine verbesserte Kathodenkatalysatorschicht unter Berücksichtigung der Pt-Partikelgrössenverteilung und einer besseren Katalysator-Ionomer-Interaktion (IRD) entwickelt. Bei der Auswahl einer handelsüblichen GDL wird die Anpassung an eine breite Palette von Betriebsbedingungen berücksichtigt. Die endgültige MEA und das Konzept der modellbasierten MEA-Entwicklung werden in einem Short-Stack bei TRL4 (Symbio) validiert. Als zusätzliche Ergebnisse werden Auswirkungen auf das Systemmanagement und die BoP-Komponenten gezogen, und der geringere Rechenaufwand für die Degradationsmodellierung wird eine schnelle Zustandsbewertung der MEA und Leistungsvorhersage ermöglichen.