Erweiterung eines PEM Brennstoffzellenstacks basierend auf Erkenntnissen aus einer Stackvermessung sowie Alterungsmechanismen aus der Fachliteratur

Abstract

Um den Problemen des anthropogenen Klimawandels entgegenzuwirken stellen Brennstoffzellen eine vielversprechende Technologie zur Erzeugung emissionsarmer Energie dar. Als Schlüsselkomponente stationärer sowie mobiler Brennstoffzellensysteme, ist die Leistung und Lebensdauer von Brennstoffzellen von großer Bedeutung. Zur richtigen Auslegung der Systemkomponenten und vollumfänglichen Ausschöpfung des Potentials der Brennstoffzellen ist ein detailliertes Verständnis uber die Mechanismen, welche zur Alterung der Brennstoffzelle führen, notwendig. Um fundierte Aussagen und Empfehlungen zur idealen Betriebsweise von Brennstoffzellen hinsichtlich ihrer Lebensdauer geben zu können, wird in dieser Arbeit ein bestehendes Brennstoffzellen-simulationsmodell um ein Modell zur Darstellung von Alterungseffekten erweitert. Durch eine umfangreiche Sensitivitätsanalyse sowie eine detaillierte Parameterstudie wird das Verhalten des Alterungsmodells genauer aufgezeigt. Anhand zweier Simulationsszenarien wird deutlich, dass durch das um die Alterungseffekte erweiterte Modell die Verhaltensweise der betrachteten Brennstoffzelle sehr gut abgebildet werden kann. Durch Entwicklung zweier Gütefunktionale ist es zudem möglich die Alterung eines Brennstoffzellen-Stacks in Abhängigkeit der angeforderten Last unter Berücksichtigung der Zeit zu bewerten. Dadurch können erste Aussagen und Empfehlungen zur Betriebsführung des Brennstoffzellen-Stacks hinsichtlich dessen Lebensdauer getroffen werden.