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Experimentelle Untersuchung des Einflusses der Stegbreite von metallischen Bipolarplatten auf die Performance von PEM-Brennstoffzellen

Keil, Natalie (2021) Experimentelle Untersuchung des Einflusses der Stegbreite von metallischen Bipolarplatten auf die Performance von PEM-Brennstoffzellen. Master's, Universität Stuttgart.

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Abstract

Die Leistungsdichte von PEM-Brennstoffzellen hängt maßgeblich von dem Design des Kanal-Steg-Flowfields der Bipolarplatte ab. In dieser Arbeit wird der Einfluss der Stegbreite auf die Zellleistung anhand einer Testhardware für Einzelzellen mit 175 cm2 aktiver Fläche experimentell untersucht. Dabei wurden Kanal-Steg-Flowfields mit geraden, parallelen Strömungskanälen mit 0;52 mm, 0;33 mm und 0;09 mm Stegbreite getestet. Um die optimale Leistungsdichte in Abhängigkeit von der Stegbreite zu bestimmen, wurden Polarisationskurven sowie der Hochfrequenzwiderstand bei den Betriebsbedingungen „Cold&Wet“ (50 ◦C, 90 % RH), „Standard“ (65 ◦C, 50 % RH) und „Hot&Dry“ (80 ◦C, 30 % RH) gemessen. Zusätzlich wurde der O2- Massentransport-widerstand durch Grenzstromdichtemessungen ermittelt und eine Sensitivitätsanalyse bezüglich Temperatur und Gasfeuchte durchgeführt. Bei hoher Stromdichte wurde festgestellt, dass eine Reduzierung der Stegbreite (bis 0;09 mm) zu einem geringeren Spannungsverlust aufgrund von Massentransport führt. Dies ist vorteilhaft für feuchte Betriebsbedingungen. Bei trockenen Betriebsbedingungen hingegen ist eine größere Stegbreite von Vorteil, da die Membran vor dem Austrocknen geschützt wird. Zudem wurde festgestellt, dass ein höherer Steganteil zu einem geringeren Kontaktwiderstand führt. Basierend auf der experimentellen Untersuchung kann ein Kanal-Steg-Flowfield mit einer Stegbreite von etwa 0;3 mm und einem Steganteil von etwa 50 % empfohlen werden, da sich dies als bester Kompromiss für alle untersuchten Betriebsbedingungen erwies. Diese Erkenntnisse dienen als Basis für die weitere Optimierung des Bipolarplattendesigns, um PEMBrennstoffzellen mit höheren Leistungsdichten zu entwickeln.

Item URL in elib:https://elib.dlr.de/148298/
Document Type:Thesis (Master's)
Title:Experimentelle Untersuchung des Einflusses der Stegbreite von metallischen Bipolarplatten auf die Performance von PEM-Brennstoffzellen
Authors:
AuthorsInstitution or Email of AuthorsAuthor's ORCID iDORCID Put Code
Keil, NatalieUNSPECIFIEDUNSPECIFIEDUNSPECIFIED
Date:April 2021
Journal or Publication Title:Universität Stuttgart
Refereed publication:No
Open Access:No
Number of Pages:82
Status:Published
Keywords:Polymer Elektrolyt Brennstoffzelle, Gasverteilerfeld, Stegbreite
Institution:Universität Stuttgart
HGF - Research field:Energy
HGF - Program:Materials and Technologies for the Energy Transition
HGF - Program Themes:Chemical Energy Carriers
DLR - Research area:Energy
DLR - Program:E SP - Energy Storage
DLR - Research theme (Project):E - Electrochemical Processes
Location: Stuttgart
Institutes and Institutions:Institute of Engineering Thermodynamics > Electrochemical Energy Technology
Deposited By: Friedrich, Prof.Dr. Kaspar Andreas
Deposited On:18 Jan 2022 09:46
Last Modified:18 Jan 2022 09:46

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