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Modellgestützte Entwicklung eines Hochtemperatur-PEM-Short-Stack
Projektbearbeiter:
Roland Karwoth
Finanzierung:
Bund;
Forschergruppen:
Wissenschaftliche und technische Arbeitsziele des Vorhabens  

Die wissenschaftlichen Arbeitsziele des Projektes:  

    • Erschließen und Aufbereiten von Modellierungsdaten zur Beschreibung der Membran-Elektroden-Einheiten (MEA) von HT-PEM aus der Literatur und aus den eigenen Experimenten.
    • Einbeziehen dieser Daten in vorhanden Modellierung- und Simulationsprogramme sowie deren Weiterentwicklung in neuen Modellierungswerkzeugen.
    • Modellgestützte Reduzierung der gemessenen Stack- Kennlinien auf die MEA-Kennlinie und daraus die Trennung von Membran- und Elektrodenparametern unter Verwendung von sog. Nulldimensionalen Teilmodellen für konzentrierte Modellparameter.
    • Getrennte Ermittlung der Parameter der Anode und Kathode aus Daten mit unabhängiger Variation der anoden- bzw. kathodenseitigen Einflussgrößen.
    • Charakterisierung der Membran- und Elektrodenleistungen sowie leistungsgrenzen in Hinblick auf die Betriebseigenschaften unter verschiedenen Prozessbedingungen.
    • Modellgestützte Verifizierung und Optimierung des Betriebsregimes unter besonderer Berücksichtigung des Wassermanagements sowie des Flow-Field-Layouts und dessen Einfluss auf den Druckverlust.
    Die technischen Arbeitsziele des Projektes:  
      • Aufbau einer Versuchsanlage zur Untersuchung eines Einzellers für die Vermessung von Hochtemperatur-PE-Membranen.
      • Erarbeitung von Anfahr-, Heiz- und Kühlstrategien sowie Strategien für den leistungsfreien Aussetzbetrieb und das membranschonende Abfahren als Voraussetzung für Versuche zu systematischen und effizienten Parameteruntersuchungen.
      • Aufnahme von Kennlinien zur Untersuchung des Einflusses von Temperatur, Druck, Stöchiometrie, Gasfeuchte (abhängig vom Membrantyp und angestrebter Gasversorgung), -zusammensetzung und -verunreinigungen.
      • Ableitung der betriebsparameterabhängigen Mindestanforderungen für die Zusammensetzung bzw. Reinheit der Betriebsgase.
      • Versuchsbegleitende Beobachtung von Anlagenkomponenten (z.B. Kühl- und Dichtungssystem) hinsichtlich Materialverträglichkeit und Beständigkeit bei hohen Temperaturen und den realisierten Medienbelastungen.

Schlagworte

Brennstoffzelle, Versuchsanlage für Stack, mathematische Modellierung
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