Weiterentwicklung und Anwendung eines MCFC-Stapelmodells

Hochtemperaturbrennstoffzellen wie die MCFC bieten die Möglichkeit der direkten internen Reformierung (kurz: DIR). Dabei wird der zur Erzeugung von elektrischem Strom benötigte Wasserstoff direkt im Anodenkanal der Brennstoffzelle aus kurzkettigen Kohlenwasserstoffen, meist Methan, gewonnen. Im Vergleich zur Herstellung von Wasserstoff außerhalb der Zelle, der bei Niedrigtemperaturzellen üblichen externen Reformierung (kurz: ER), ergeben sich mehrere Vorteile. Zum einen ist das DIR mit einer geringeren Anzahl von Apparaten zu realisieren, wodurch das System kleiner und tendenziell günstiger wird. Zum anderen sind die endothermen Reformierungsreaktionen und die exothermen elektrochemischen Reaktionen stofflich und energetisch gekoppelt. Dadurch werden nicht nur die Gleichgewichte beider Reaktionen in Richtung hoher Umsätze verschoben, sondern der Wärmebedarf der Reformingreaktion wird unmittelbar durch die sonst konvektiv abzuführende Reaktionswärme der elektrochemischen Reaktion gedeckt. Das im Rahmen des vorherigen Projektes "Modellierung und experimentelle Validierung einer Schmelzkarbonat-Brennstoffzelle (MCFC)" erstellte Modell eines symmetrischen MCFC-Stapelausschnitts besteht aus 4 Zellen sowie einer Reformierungseinheit (IIR). Die für das Modell benötigten Parameter werden unter Verwendung von Messdaten ermittelt bzw. aus detaillierten Modellen bestimmt. Insbesondere die Beschreibung der Reaktionskinetiken wird durch die Verwendung von experimentellen Ergebnissen überarbeitet. Anschließend werden Designparameter sowie die Eingangs-Parameter des Modells in Bezug auf den Wirkungsgrad optimiert.