Direkt-Methanol-Brennstoffzellen

Brennstoffzellen erzeugen elektrische Energie durch elektrochemische Oxidation von chemischen Substanzen mit Wirkungsgraden, die deutlich über denen herkömmlicher Energieversorgungssysteme liegen. Die Verwendung von Methanol, eines bei Raumtemperatur flüssigen Kraftstoffs, bedeutet eine beträchtliche Systemvereinfachung gegenüber normalen PEM-Brennstoffzellen. Die Wasserstofferzeugung mittels eines Methanol-Reformers vor Ort (Prinzip der Indirekt-Methanol-Brennstoffzelle) macht eine sehr komplexe Systemtechnik erforderlich. Aus diesem Grunde wurde bereits frühzeitig versucht Methanol direkt in einer sogenannten Direkt-Methanol-Brennstoffzelle (DMFC) umzusetzen. Die DMFC bietet die prinzipiellen Vorteile des geringeren Systemvolumens und -gewichts, des einfacheren Systemdesigns, der einfacheren Betriebsweise mit schnellerem Ansprechverhalten und besserer Dynamik sowie geringeren Investitions- und Betriebskosten.
Trotz der großen Attraktivität von Brennstoffzellen als Basis zukünftiger Energieversorgungskonzepte, sind klare Defizite vor allem im Verständnis des dynamischen Lastwechselverhaltens von Brennstoffzellen erkennbar. Darüber hinaus fehlen grundlegende Untersuchungen über Steuerungs- und Regelungsstrategien sowie globale Optimierungsmethoden für ganze Brennstoffzellen-System. Um die erkannten Lücken im Systemverständnis von Brennstoffzellen konsequent schließen zu können, wird der Ansatz einer ganzheitlichen Betrachtungsweise aller verfahrenstechnischen Elemente der Brennstoffzellen-Systeme und ihrer Vernetzung auf hierarchisch gegliederten Zeit- und Längenskalen verfolgt. Die Arbeiten umfassen neben der Modellbildung und Prozeßsimulation auch die experimentelle Validierung.