Optimization and design for additive manufacturing of a fuel cell end plate

Abstract

Mit Blick auf Mobilitätsanwendungen, z. B. in der Luft- und Raumfahrt, sollte eine Brennstoffzelle idealerweise einen hohen Wirkungsgrad bei geringem Gewicht aufweisen. Ausgehend von dieser Annahme werden in dieser Arbeit durch Topologieoptimierung unter Variation des Materials und des Designraums neue Designkonzepte für die Endplatten einer PEMFC abgeleitet. Die Designs werden hinsichtlich einer gleichmäßigen Spannungsverteilung auf den Brennstoffzellenstapel, dem Gewicht der Platten und der Herstellbarkeit im Laser-Pulverbett-Fusionsprozess verglichen. Das vielversprechendste Design wird hergestellt und führt zu einer Gewichtsreduzierung von 48% im Vergleich zu den bisher verwendeten Aluminium-Bulk-Platten. Schließlich werden die optimierten Grundplatten in einer Testzelle eingesetzt und die Leistung mit der ihrer konventionellen Gegenstücke verglichen. Dabei zeigt sich, dass die elektrische Stackleistung trotz der geringeren Masse um 1 % steigt.