Abstract
(German)
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Ziel dieses mit der Firma Siemens AG und dem Forschungszentrum ECN gemeinsam bearbeiteten Projekts war die Entwicklung eines Polymerelektrolyt Brennstoffzellenstapels mit folgenden Spezifikationen:
Durchschnittsleistung 3,5 kWel (5kWel Höchstleistung), Wirkungsgrad 55 % am Arbeitspunkt (LHV H2), Luftbetrieb £ 1,5 bara, Reinwasserstoff oder Reformat £ 10 ppm CO, Leistungsgewicht £ 2,5 kg/kW, Leistungsvolumen £ 2,5 l/kW, Kosten 100 - 200 ECU/kW.
Der Beitrag des PSI zu diesem Projekt widmete sich dem Schwerpunkt 'Water Management and Humidification'. Im Berichtszeitraum wurden dazu Arbeiten zu folgenden Schwerpunkten durchgeführt:
· Ex situ Untersuchungen des Quellverhaltens protonenleitender Membranen und dessen Einfluss auf die Leitfähigkeit. Es wurden Datenbanken für das Quellverhalten und die Leitfähigkeit verschiedener kommer-zieller Membranen in Abhängigkeit von verschiedenen Versuchsparametern erstellt.
· Membranmodifikation zur inneren Befeuchtung der Membran. Innerhalb des Membranvolumens wurden Me-tallcluster ausgeschieden und deren Einfluss auf die Befeuchtung der Membran unter Brennstoffzellenbedin-gungen untersucht.
· In situ Charakterisierung von Einzelbrennstoffzellen bezüglich der Befeuchtung und des Wasserhaushalts der Membran. Durch Strompulsmessugnen wurde der Membranwiderstand und damit der Befeuchtungszustand der Membran ermittelt.
· Messungen zur Befeuchtungsproblematik in Zellen mit verschieden grosser aktiver Fläche. Zellen mit ver-schieden grosser aktiver Fläche, u.a. auch Zellen der Fa. Siemens mit optimierten Flussfeldern, wurden unter verschiedenen Befeuchtungsbedingungen bezgl. ihrer Leistungsabgabe vermessen.
· Messungen von Zellen mit 200 cm2 grosser aktiver Fläche ohne externe Befeuchtung. Zellen der Fa. Siemens mit einer aktiven Fläche von 200 cm2 wurden mit trockenen Reaktionsgasen getestet.
· Übertragung der in Einzelzellen erzielten Ergebnisse auf die Befeuchtungsparameter des von der Fa. Siemens gebauten 3,5 kW Stapels. Messdaten, die an 200 cm2 Zellen der Fa. Siemens ermittelt wurden, dienten zur Optimierung der Befeuchtungsbedingungen der von der Fa. Siemens gebauten und betriebenen Brennstoffzellenstapel.
Zwei Stapel mit jeweils 35 Zellen, aber verschiedenen Membran-Elektroden-Einheiten, wurden von der Fa. Siemens gebaut. Der erste Stapel mit kommerziell erhältlichen Anoden erzielte eine Leistung von 1,5 kW bei 700 mV Spannung pro Zelle und eine maximale Leistung von 2,5 kW, der zweite Stapel mit Elektroden der Fa. Siemens eine Leistung von 4,0 kW bei 700 mV Spannung pro Einzelzelle und eine maximale Leistung von 6,2 kW. Das Leistungsgewicht von 1,99 kg/kW und das Leistungsvolumen von 1,78 l/kW dieses Stapels liegen damit erfreulicherweise deutlich unter den zu Projektbeginn angestrebten Werten.
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