Der experimentelle Teil der Dissertation beinhaltet im wesentlichen den Leistungsvergleich von Niedertemperatur (NT) - Polymerelektrolytmembran -Brennstoffzellen (PEMFCs) auf Basis von Nafion® und Hochtemperatur (HT)-PEMFCs auf Basis von Polybenzimidazol (PBI)/Phosphorsäure (H3PO4). In einer Versuchsreihe wurde die Leistungsdichte-Charakteristik von kommerziell erhältlichen Nafion®- NT- (E-TEK-Series 12 W) und PBI/H3PO4 - HT- (Celtec P 1000) Membran-Elektroden-Einheiten (MEAs) in Abhängigkeit von der Zelltemperatur (NT-MEA: 50 – 80 °C, HT-MEA: 120 – 190 °C), des Anoden- und Kathodendruckes (1 – 3 bar) , der Stöchiometrie der Gasversorgungsströme und der relativen Feuchte (nur NT-MEA) mit einer Einzelzelle untersucht. Auf Grund der gleichen aktiven MEA-Zellfläche (45.16 cm²) und der universell verwendbaren Gasverteilerstruktur konnten die Leistungsmessungen bei beiden MEAs mit derselben Einzelzelle durchgeführt werden. Im direkten Leistungsvergleich können unter vergleichbaren Betriebsbedingungen - mit Ausnahme der erhöhten Temperatur und der deaktivierten Befeuchtung bei der HT-MEA - bei beiden Membrantypen bei 0.7 A/cm² nahezu gleiche Leistungsdichten von 0.3 – 0.45 W/cm² erreicht werden. Da bei der HT-MEA kein flüssiges Prozesswasser vorhanden ist, unterliegt der Betrieb keiner Stofftransport-Limitierung; die HT-MEA kann deshalb in einem größeren Bereich mit höheren Stromdichten als die NT-MEA betrieben werden und durch das nicht erforderliche Wassermanagement ist der Betrieb der HT-MEA wesentlich vereinfacht. Weitere Vorteile der HT-MEA liegen in der relativ hohen Toleranz gegenüber dem Katalysatorgift Kohlenmonoxid - der Betrieb mit Reformatgas und wasserstoffreichen Gasen wird damit ermöglicht – und einem auf Grund der erhöhten Betriebstemperatur verbesserten Wärmemanagement. Ein Nachteil der Celtec-P-1000-MEA liegt jedoch in der Degradation bei tiefen Temperaturen. Bei Betriebszuständen, in denen flüssiges Produktwasser entsteht, besteht die Gefahr des Auswaschens der Phosphorsäure. In einer weiteren Versuchsreihe wurde die Celtec-P-1000 HT-MEA mit Temperaturwechselzyklen (40 – 160 °C) beaufschlagt, die zu irreversiblen Spannungsverlusten führen. In einer abschließenden Versuchsreihe wurden Leistungsmessungen an einem in der Brennstoffzellenforschung von Volkswagen entwickeltem HT-PEM-Brennstoffzellen-Stapel (16 Zellen /1 kW) mit einer speziellen Gasdiffusionselektrode durchgeführt, die die Degradation bei tiefen Temperaturen verhindern soll. Bei den durchgeführten Leistungsmessungen konnten keine irreversiblen Spannungsverluste festgestellt werden; die Versuche mussten jedoch auf Grund von Undichtigkeitsproblemen abgebrochen werden. Die durch die experimentellen Untersuchungen gewonnene Erkenntnis der überlegenen Betriebsweise und die weiteren Vorteile der HT-PEMFC gegenüber der NT-PEMFC waren ausschlaggebend dafür, im theoretischen Teil dieser Arbeit ein Simulationsmodell für eine HT-PEM-Einzelzelle zu erstellen, das als Prozess-Simulationsmodell für die rechnergestützte Entwicklung einer Brennstoffzelle im Rahmen des interdisziplinären Projektes „Virtuelle Brennstoffzelle“ an der TU Darmstadt geeignet ist. Bei dem Modell handelt es sich um ein numerisches 2D- „Entlang des Kanals“ Simulationsmodell, das mit der Finite Elemente – Software COMSOL Multiphysics (Version 3.5 a) erstellt wurde. Das stationäre, einphasige Modell beinhaltet insgesamt zehn abhängige Variablen in sieben Anwendungsmodulen in einem hochkomplexen, gekoppelten nichtlinearen System von Gleichungen mit 33713 Freiheitsgraden (1675 Rechteckelemente mit 1768 Netzknoten). Das Simulationsmodell beschreibt mit guter Genauigkeit die Stofftransportvorgänge und die elektrochemischen Reaktionen in einer HT-PEM- Brennstoffzelle; die Modell-Validierung durch den Vergleich mit experimentellen Daten konnte nachgewiesen werden. Das 2D-Modell ist damit grundsätzlich als Prozess-Simulationsmodell zur Projektierung einer virtuellen HT-PEM-Brennstoffzelle geeignet.