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Institut für Energie- und Klimaforschung

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Polymerelektrolyt-Brennstoffzellen

HT-PEM_StackHT-PEFC-Stack für einen Betrieb mir Reformatgas bei einer elektrischen Leistung von bis zu 5 kW

Die Hochtemperatur-Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle (HT-PEFC) zeichnet sich durch eine Betriebstemperatur von 160 °C - 180 °C aus. Die hieraus folgende CO-Toleranz ist wesentlich größer als bei Standard-PEFCs, die im Temperaturbereich bis zu 90 °C arbeiten. Darüber hinaus entfällt das aufwendige Wassermanagement. Die HT-PEFC eignet sich in hervorragender Weise für den Betrieb mit wasserstoffreichen Gasgemischen aus dem Reformierungsprozess. Dies hat vor allem im Bereich der mobilen und der stationären Anwendung große Bedeutung, da dort Mitteldestillate (wie Kerosin, Diesel, Heizöl) für die Bereitstellung des notwendigen Wasserstoffes herangezogen werden können. Die Forschungs- und Entwicklungsschwerpunkte reichen von elektrochemischen Untersuchungen über Aufklärung von Struktur-Wirkungsbeziehungen in Elektroden bis zur Stackentwicklung. Das Bild zeigt als Anwendungsbeispiel einen HT-PEFC Stack der kW-Klasse.
In enger Abstimmung mit den experimentellen Arbeiten werden mathematische Modelle entwickelt, um wesentliche Effekte in den Brennstoffzellenkomponenten beschreiben zu können. Darüber hinaus wird die Auslegung von Zellen und Stacks durch Simulationsrechnungen unterstützt.

Forschungsschwerpunkte

Technologieentwicklung

Technologieentwicklung

• HT-PEFC Stackentwicklung
• Stacksimulationen mit CFD
• Graphitische Bipolarplatten
• Metallische Bipolarplatten
• Korrosionsschutzschichten

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Technologieentwicklung

Stack Betriebsstrategie

• Thermisches Management
• Strömungsführung in Stacks

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Technologieentwicklung

Angewandte Elektrochemie

• Charakterisierung von Brennstoffzellen
• Korrosionsuntersuchungen an Bipolarplatten
• Modellentwicklung zur Beschreibung von Einflussgrößen auf die Polarisationskurven

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Technologieentwicklung

Stofftransport in Kanalstrukturen und porösen Medien

• Experimentelle Charakterisierung der Strömungsverhältnisse in Kanälen und porösen Strukturen
• Simulation des Stofftransportes in porösen Materialien mit Lattice Boltzmann
• Zellsimulationen mit Computational Fluid Dynamics (CFD)

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Technologieentwicklung

Zellkomponenten

• Korrosionsuntersuchungen an Bipolarplatten
• GDL Strukturaufklärung
• Phosphorsäure-Verteilung und -Dynamik in HT-PEFC MEAs
• Membran und Elektroden Struktureigenschaften in HT-PEFC MEAs

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Technologieentwicklung

Degradation

• Experimentelle Untersuchung: Langzeittests und beschleunigte Alterung
• Modellierung von Degradationsphänomenen auf Ebene der Polarisationskurven

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