AiF-FV-Nummer 18233 BG

Entwicklung eines strömungsoptimierten HT-PEM-Brennstoffzellenstapels mithilfe eines neuartigen hochauflösenden Strömungssensors und effizienter Simulationsverfahren

Status & Laufzeit

Abgeschlossen: 01.12.2016 bis 30.11.2019

Forschungsstellen

  • Zentrum für BrennstoffzellenTechnik gGmbH
    Carl-Benz-Str. 201, 47057 Duisburg
    http://www.zbt-duisburg.de/

  • Technische Universität Dresden Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik Institut für Grundlagen der Elektrotechnik und Elektronik Professur für Mess- und Sensorsystemtechnik
    Helmholtzstraße 18, 01069 Dresden
    http://www.tu-dresden.de/et/mst/

Zusammenfassung

Basierend auf den Ergebnissen und Erkenntnissen des Vorgängerprojekts 407 ZBG „laseroptischer Geschwindigkeitssensor“ wird in diesem Projekt wiederum durch die Verzahnung von Messtechnik und Simulation die Entwicklung der PEM-Brennstoffzellentechnik vorangetrieben. Am Beispiel eines HT-PEM-BZ-Stapels mit 40 Zellen für ein 500 Watt KWK-System soll eine betriebspunktabhängige, mechanische Durchflusssteuerung für das Eintritts-Manifold zur verbesserten Strömungsverteilung der Reaktanden entwickelt werden. Zur effizienten Auslegung und Analyse des gesamten Brennstoffzellenstapels werden (1D- und 3D-) Simulationsmodelle unter Berücksichtigung der gekoppelten Stofftransporte, Wärmetransporte und elektrochemischen Prozesse entwickelt, welche von KMU mit vertretbarem Rechenaufwand zu Auslegung von BZ-Stapeln verwendet werden können. Zur Überprüfung der Massenstromverteilung auf die kleinen Mikrokanäle im Brennstoffzellenstapel ist bisher keine Messtechnik vorhanden, weshalb ein hochauflösendes Messystem auf Basis der LDA-Technik entwickelt und angewendet werden soll. Neben den strömungsmechanischen Messungen werden umfangreiche elektrochemische Messungen an einer HT-PEM-Einzelzelle und einem HT-PEM-Stapel durchgeführt um so einen konsistenten Datensatz zur Kalibrierung und Validierung der Simulationstools zu erstellen und die Effizienz der neuen Durchflusssteuerung zu bewerten. Der Einsatz des neuen Sensors ist nicht auf Brennstoffzellen-Anwendungen beschränkt, sondern besitzt allgemein als Strömungssensor für kleine Rohrleitungen oder Spaltströmungen in verfahrenstechnischen Anlagen oder Maschinen ein weites Einsatzspektrum, aber auch in der Medizin- und Biomedizintechnik, bei Lab-on-a-Chip-Systemen und für die hochgenaue Mikro-Durchflussmessung.

Förderhinweis

Das Forschungsvorhaben der Forschungsvereinigung Umwelttechnik wird / wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

Dokumente