Entwicklung eines Messkonzepts mit neuartigen Messmethoden für die optimierte Zustandsüberwachung von PEM Brennstoffzellen im Fahrzeugeinsatz

Abstract

Brennstoffzellen werden in Fahrzeugen zunehmend eingesetzt. Forschung findet in erheblichem Ausmaß statt. Trotz dessen verbleiben ungeklärte Forschungsfragen. Ein schwerwiegendes Problem der heutigen Fahrzeugindustrie ist die fehlende Möglichkeit, eine Brennstoffzelle elektrochemisch und schnell zu vermessen, um Aussagen über deren Betriebszustand zu tätigen. Bis heute gibt es noch keine zeiteffiziente Methode, während des Betriebs Degradationen einer Brennstoffzelle in einem Fahrzeug zu ermitteln. Die nachfolgende Masterthesis beschäftigt sich mit der optimierten Zustandsdiagnose von Polymer-Elektrolyt-Membran (PEM) Brennstoffzellen. Die Messzeit der Brennstoffzellen wird anhand einer neuen Methode bei gleichbleibender Qualität erheblich verkürzt. Weiterhin werden wichtige Parameter der Zustandsdiagnose visualisiert. Hinleitend auf das zu entwickelnde Health-Monitoring werden zunächst die chemischen, thermischen und mechanischen Degradationsarten untersucht. Basierend auf diesen werden diverse Betriebsstrategien von PEM Brennstoffzellen analysiert und deren nachwirkende Effekte betrachtet. Um die Forschungsfrage, nach der zeiteffizienten Zustandsdiagnose, zu verwirklichen, werden Randbedingungen und Anforderungen an die neuartige Messmethode definiert. Die gängigsten elektrochemischen Messtechniken der Industrie und der Forschung werden auf Vor- und Nachteile verglichen. Mit dem verfügbaren Messequipment wird eine sogenannte Sequenz programmiert, welche die wichtigen elektrochemischen Prozesse einer PEM Brennstoffzelle in wenigen Minuten messen und darstellen kann.