Modellbasierte Dimensionierung und Maßstabsübertragung von PEM Brennstoffzellen

Auf der Grundlage der deutlichen Entwicklungsfortschritte innerhalb des letzten Jahrzehntes läßt die Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle (PEMFC) beträchtliche Anwendungspotentiale bei der mobilen und stationären Energieversorgung erwarten. Gegenwärtig stellen wenige Unternehmen in den USA, in Kanada, Italien und Japan Prototypen oder Kleinserien für den Wasserstoff- oder Reforminggasbetrieb her. Dabei ist eine Vielzahl verfahrenstechnischer, konstruktiver und systemtechnischer Probleme noch nicht ausreichend gelöst bzw. befindet sich in der Entwicklung.Mit dem beantragten Vorhaben wird das Ziel verfolgt, durch Nutzung moderner verfahrenstechnischer Arbeitsmethoden zur optimalen Gestaltung der PEMFC beizutragen und entsprechende Parameter des Zellenbetriebes zu untersuchen. Dazu werden physkalisch-chemisch begründete mathematische Modelle für verschiedene Ebenen (Membran-Elektrden-Einheit, Teilzelle, Zellenstack, Brennstoffzellensystem) formuliert, die erforderlichen Daten zum Stoff-, Energie- und Impulstransport sowie zur Elektrodenkinetik ermittelt und numerische Lösungsmethoden erarbeitet. Die zur Verifizierung der mathematischen Modelle notwendigen experimentellen Untersuchungen erfolgen an Versuchszellen in verschieden Maßstäben (100 W und 3kW Zelle).Im Ergebnis der Modellierung sollen weitgend allgemeine Aussagen zur Dimensionierung von Zellen und Zellenelementen (Membran, Elektroden, Gasverteiler, Strömungskanäle, Wärmeableiteinrichtungen), zu optimalen Prozeßparametern sowie zu Methoden der Maßstabsübertragung getroffen werden.