#Forschungsspecial: Carla Marchfelder vom Lehrstuhl für Elektrische Energietechnik
Mit #Forschungsspecial bieten wir Doktorandinnen und Doktoranden unseres Departments die Möglichkeit, ihre Forschungsthemen einer breiten Öffentlichkeit vorzustellen. Zum Jahresabschluss geht es an den Lehrstuhl für Elektrische Energietechnik (EET). Wir besuchen dort Frau Carla Marchfelder.
Kurzinfo:
Name: Carla Marchfelder
Lehrstuhl: Lehrstuhl für Elektrische Energietechnik
Forschungsgebiet: Hochtemperatur-PEM-Brennstoffzellen und elektrochemische Wasserstoffpumpen
Liebe Frau Marchfelder, könnten Sie uns ein wenig über sich erzählen? Was haben Sie denn vorher studiert und wieso haben Sie sich für dieses Fach entschieden?
Ich habe meinen Bachelor und Master in Chemie an der Universität Ulm gemacht. Mir haben schon in der Schule die MINT Fächer am meisten Spaß gemacht, dabei hat mir Chemie besonders gefallen. Hier gab es die coolsten Versuche! Chemie ist zudem sehr vielseitig und die Grundlage, um fast alle Prozesse in unserem Alltag zu erklären.
Und wie verlief dann Ihr Weg zur Promotion?
Ich habe bereits im Master die Vertiefung „Energietechnik“ gewählt, da der Umstieg auf erneuerbare Energien mithilfe von neuen Techniken wie Batterien oder Brennstoffzellen meiner Meinung nach eines der wichtigsten Themen für die Zukunft ist. Zudem habe ich mich auch schon seit Beginn des Studiums besonders für Elektrochemie, Physikalische Chemie und Anorganische Chemie interessiert. Die Brennstoffzelle vereinigt all diese Themen und so habe ich bei einer 6-wöchigen Projektarbeit innerhalb des Masterstudiums mein jetziges Forschungsthema entdeckt und bin im Anschluss der Projektarbeit auch für meine Masterarbeit und später die Doktorarbeit bei diesem Thema geblieben.
Haben Sie dann die Promotion direkt hier an der FAU angefangen?
Nein, meine Masterarbeit und das erste Jahr meiner Promotion habe ich am Helmholtz-Institut für Elektrochemische Energiespeicherung in Ulm in der Gruppe von Roswitha Zeis gemacht. Sie hat während meines ersten Promotionsjahres den Ruf auf die Professur für Elektrische Wasserstoffsysteme an der FAU bekommen, deshalb bin ich nach dem ersten Jahr meiner Promotion an die FAU umgezogen und jetzt seit Juli 2024 hier.
Woran forschen Sie genau?
Ich arbeite an Hochtemperatur-PEM-Brennstoffzellen – PEM steht für „proton exchange membrane“ – und elektrochemischen Wasserstoffpumpen. Hochtemperatur-PEM-Brennstoffzellen werden im Gegensatz zu „normalen“ PEM-Brennstoffzellen bei höheren Temperaturen bis zu 200 °C betrieben und haben dadurch eine erhöhte Robustheit gegenüber Unreinheiten im Wasserstoff. Sie haben durch das leicht veränderte System jedoch einige andere Herausforderungen, die die Performance im Vergleich zur normalen PEM Brennstoffzelle im Moment noch schlechter machen. Die elektrochemische Wasserstoffpumpe ist ein System, das auf dem Aufbau der PEM Brennstoffzelle basiert, allerdings zur Aufreinigung und Kompression von Wasserstoff genutzt wird.
Brennstoffzellen kann man mittlerweile auch durchaus schon im Alltag finden. Es gibt zum Beispiel Autos, die einen elektrischen Antrieb mit Brennstoffzellen haben. Häufiger werden sie jedoch im stationären Betrieb eingesetzt, z.B. für die Notstromversorgung. Zukünftige mögliche Anwendungsfelder, vor allem für die Hochtemperatur-PEM-Brennstoffzelle, sind zum Beispiel aber auch die Schiff- und Luftfahrt.
Wie darf man sich die Arbeit in diesem Forschungsgebiet vorstellen?
Während meiner Promotion teste ich neue Materialien, z.B. Membranen oder Elektroden-Binder, in der Zelle. Das Ziel bei den Membranen ist es, eine höhere Protonenleitfähigkeit zu erreichen, während gleichzeitig weniger flüssiger Elektrolyt gebraucht wird. Ein Binder ist vereinfacht gesagt ein „Kleber“, der die Elektrode zusammenhält. Auch er kann so modifiziert werden, dass er im besten Fall protonenleitfähig ist und eine optimale Elektrolytverteilung in der Elektrode ermöglicht. Das Ziel bei allen neuen Materialien ist am Ende natürlich eine verbesserte Leistung der Brennstoffzelle.
Dafür verbringe ich viel Zeit im Labor und beim Messen. Zu meiner Arbeit gehört das Herstellen von Elektroden und das Zusammenbauen von Einzelzellen. Die Einzelzellen schließe ich dann an einen Teststand an und betreibe sie, im Fall einer klassischen PEM-Brennstoffzelle, mit Wasserstoff und Luft. Anschließend charakterisiere ich die Performance der Zellen mithilfe von elektrochemischer Impedanzspektroskopie und Polarisationskurven. Zusätzlich charakterisiere ich die hergestellten Elektroden und neue Materialien ex-situ mit verschiedenen Techniken wie Rasterelektronenmikroskopie, Gassorptionsmessungen und dynamischer Wasserdampfsorption. Gleichzeitig ist aber auch die Literaturrecherche und das Auswerten und Publizieren meiner Daten ein wichtiger Teil meiner Arbeit.
Liebe Frau Marchfelder, vielen Dank für das spannende Interview!