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Humidifier-Less Fuel Cell Systems for Improved Gravimetric Power Densities in Aircraft Applications

Fischer, Stefan und Schröder, Matthias und Becker, Florian und Gentner, Christoph (2025) Humidifier-Less Fuel Cell Systems for Improved Gravimetric Power Densities in Aircraft Applications. EFCF 2025, 2025-07-01 - 2025-07-04, Luzern.

[img] PDF - Nur DLR-intern zugänglich
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Kurzfassung

Proton exchange membrane fuel cells (PEMFC) are regarded as a promising technology for low-emission aircraft. However, for fuel cell-powered aircraft to become viable, the gravimetric power density must increase significantly, from currently 0.5 kW/kg to 2.0 kW/kg at system level. While state-of-the-art fuel cell systems use an air humidifier to improve the fuel cell water management, this study investigates how removing the humidifier could improve the gravimetric power density while maintaining a high system efficiency. A one-dimensional, PEMFC stack model that incorporates water management effects is combined with auxiliary component models to relate cell-level phenomena to system-level complications. Through numerical optimization of operating conditions, the interdependencies between efficiency, system mass, and internal drag of the fuel cell cooler are explored, and the adaptation of operating strategies for dry conditions is examined. The results indicate that eliminating the humidifier improves the gravimetric performance of the fuel cell system by 6 %, without significantly affecting hydrogen consumption. Additionally, it was observed that the cooling demand of the fuel cell stack decreased by 4%. Based on these findings, specific requirements for an aviation fuel cell stack are proposed that could further enhance the benefits of removing the humidifier.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/220799/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Poster)
Titel:Humidifier-Less Fuel Cell Systems for Improved Gravimetric Power Densities in Aircraft Applications
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Fischer, Stefanstefan.fischer (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schröder, MatthiasMatthias.Schroeder (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-5820-7245NICHT SPEZIFIZIERT
Becker, FlorianFlorian.Becker (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-6517-2944NICHT SPEZIFIZIERT
Gentner, ChristophChristoph.Gentner (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-9821-2559NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:2025
Referierte Publikation:Nein
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Status:veröffentlicht
Stichwörter:LT-PEM, Humidifier-less, Self-humidification, Optimization
Veranstaltungstitel:EFCF 2025
Veranstaltungsort:Luzern
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:1 Juli 2025
Veranstaltungsende:4 Juli 2025
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Materialien und Technologien für die Energiewende
HGF - Programmthema:Chemische Energieträger
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E SP - Energiespeicher
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Elektrochemische Prozesse, L - Komponenten und Emissionen, L - Flugzeugsysteme, L - Flugzeugtechnologien und Integration
Standort: Hamburg
Institute & Einrichtungen:Institut für Technische Thermodynamik > Energiesystemintegration
Hinterlegt von: Fischer, Stefan
Hinterlegt am:15 Dez 2025 15:58
Letzte Änderung:16 Dez 2025 14:39

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