PEFC/Weiterentwicklung und erste Validierung des 2D+1 Modellansatzes

• Forschungsstelle: BFE
• Projektnummer: 101301

Schlüsselwörter (Deutsch)

TP0043;Brennstoffzellen

Kurzbeschreibung (Deutsch)

PEFC/Weiterentwicklung und erste Validierung des 2D+1 Modellansatzes

Schlussbericht (Deutsch)

Wasserhaushalt und Temperaturverteilung sind wichtige Parameter zur Optimierung der Leistung von Polymerelektrolyt Brennstoffzellen (PEFC) mit heutigen Komponenten. Die beiden gegenläufigen Prozesse, das Austrocknen der Membran beim Betrieb mit zu trockenem Oxidationsmittel (Luft oder Sauerstoff) oder hoher Temperatur, resp. das Fluten der porösen Schicht und/oder des Flussfeldes mit entstehendem Wasser, reduzieren den Wirkungsgrad heutiger PEFC. Es existiert meist nur ein schmaler Parameterbereich für einen effizienten Betrieb, welcher zudem empfindlich auf äussere Einflüsse, wie Laständerungen, etc. reagiert und deshalb die Regelung von PEFC-Stapeln aufwändig macht. Im Rahmen dieses Projekts wird mit Hilfe von Experimenten und numerischer Modellbildung ein vertieftes Verständnis der zugrunde liegenden Prozesses aufgebaut. Damit die Parameter der Material- und Prozesseigenschaften der Modelle korrekt angepasst werden können, kommt der Validierung grosses Gewicht zu. Am PSI wird dazu eine neue Messmethode zur lokalen Bestimmung der Stromdichte via Potentialmessungen entwickelt. Numerische Modelle werden einerseits dazu verwendet, um aus gemessenen Potentialverteilungen die Stromdichte zu eruieren. Mit diesen lokalen Informationen kann sodann das übergeordnete Modell für eine ganze Zelle korrekt eingestellt werden. Schliesslich können damit die anvisierten Eigenschaften zur Verbesserung technischer Zellen genauer untersucht werden. Aus den in Rahmen dieses Projekts erzielten Ergebnissen ergibt sich eine natürliche Projektfortsetzung. Die Messmethode kann durch weitere Miniaturisierung in der örtlichen Auflösung verbessert werden, was wegen der Verkleinerung zusätzlich die Genauigkeit erhöhen wird. Die Unterstützung der Messresultatauswertung durch Simulationsresultate eines 2D Schnittmodells ist dabei von grosser Bedeutung. Weiter dienen die eruierten Material- und Prozessparameter als Input für weitergehende Simulationsmodelle, welche neben Zellenauch Stackmodelle in der 1D+2D Technik umfassen.

Auftragnehmer/Contractant/Contraente/Contractor:
Paul Scherrer Institut
Zürcher Hochschule Winterthur

Autorschaft/Auteurs/Autori/Authors:
Büchi,Felix N.
Roos,Markus
Reum,M.
Flückiger,R.

Zugehörige Dokumente

• Numerische Modellierung von PEFC - Weiterentwicklung und erste Validierung des 2D+1 Modellansatzes - Schlussbericht [PDF] 833 kB