Es wird in dieser Arbeit ein PEM-Brennstoffzellen Modell vorgestellt, welches einen Bereich zwischen einfachen 1-D Modellen und aufwändigen CFD Modellen abdeckt. Dabei werden in der Literatur beschriebene Teilmodelle zu einer neuartigen Struktur zusammengefügt. Diese neuartige Struktur macht den entscheidenden Neuheitswert dieser Arbeit aus. Hierdurch wird eine Lücke geschlossen, so dass jetzt verschiedene neue Anwendungen durch das Brennstoffzellenmodell ermöglicht werden. Diese Anwendungen werden exemplarisch ausgeführt und sind auch Teil dieser Arbeit.
Aktualisiert: 2019-12-27
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Dirk Jenssen zeigt in dieser Arbeit neuartige Systemkonzepte, mit denen sich ein stabiler Anodenbetrieb in einem PEM-Brennstoffzellensystem darstellen lässt. Das Anodenwassermanagement hat dabei einen entscheidenden Einfluss auf die Betriebsstabilität und Lebensdauer des Brennstoffzellenstapels. Experimentelle Untersuchungen und Simulationen zeigen die Betriebsgrenzen des Brennstoffzellenstapels auf. Ein Stabilitätskriterium zur Beschreibung eines effektiven anodenseitigen Flüssigwasseraustrags wird identifiziert und validiert. Die Anodenkaskadierung dient dazu, die rezirkulierte Wasserstoffmenge absenken zu können, ohne die Betriebsgrenzen des Brennstoffzellenstapels zu missachten. Dabei haben die Art der Teilung und die Anzahl der Stufen einen Einfluss auf die rezirkulierte Wasserstoffmenge und bieten somit Potential für eine Anodensystemvereinfachung. Es wird eine Methode zur Berechnung und Auslegung von Anodenkaskaden entwickelt und angewendet. Experimentelle Untersuchungen an einem kaskadierten Stapel dienen der Validierung der Berechnungen und bestätigen die Effektivität der Kaskadierung. Für eine Rezirkulation des Wasserstoffs werden meist elektrische Gebläse verwendet, welche unter anderem die Systemkomplexität und damit die Kosten erhöhen. Strahlpumpen können zur Vereinfachung des Anodensystems verwendet werden. Auf Basis der Erkenntnisse der Brennstoffzellenuntersuchungen werden neuartige Anodensystemkonzepte mit Strahlpumpen simuliert und deren Betriebsgrenzen ermittelt.
Aktualisiert: 2021-04-16
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Brennstoffzellen sind ein Versprechen für die Zukunft dank moderner Technik und noch großem Verbesserungspotential. An dieser Stelle setzt diese Arbeit ein und entwickelt eine neue Klasse von Materialien in Hinblick auf ihren Einsatz in Brennstoffzellen. Der resultierende Verbundwerkstoff liegt in Form einer dünnen und flexiblen Membrane vor und wird hinsichtlich seines Aufbaus beschrieben. Die Beschreibung erklärt die stofflichen Eigenschaften und findet darin die optimalen Parameter für den Einsatz der Membranen als Elektrolyt in einer Brennstoffzelle. Besonderer Augenmerk liegt in der Untersuchung der Langzeitstabilität sowie dem Verhalten bei sich zyklisch ändernden Umgebungsbedingungen.
Aktualisiert: 2023-03-27
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