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Das Funktionsprinzip einer Brennstoffzelle
Christoph Lingg/No Copyright, via Wikimedia Commons

Das Funktionsprinzip einer Brennstoffzelle

Brennstoffzellen-Systeme gelten als aussichtsreiche Technologie, insbesondere Fahrzeuge künftig effizient und umweltfreundlich zu betreiben. Noch ist die Brennstoffzellen-Technologie im Automobilbereich nicht massentauglich entwickelt, auch wenn Toyota für das Jahr 2015 mit dem FCV schon ein Serienmodell angekündigt hat (das zunächst nur in Kalifornien verkauft werden soll). Ein großes Problem dieser Technik: Sie ist noch nicht ausgereift und sehr teuer. Ein Wissenschaftler der Universität Aalborg hat nun eine Methode zur direkten Messung der Wasserbilanz in einer PEM Brennstoffzelle entworfen, die nicht nur die Entwicklungskosten von Brennstoffzellen-Systemen verringern, sondern auch deren Betrieb vereinfachen soll.

In den letzten Jahren haben neue, stationär getestete Betriebsbedingungen den Wirkungsgrad der Brennstoffzellen-Technologie erhöht und gleichzeitig zu einer (theoretischen) Kosten- und Komplexitätsminderung des Systems geführt. So ist es jetzt möglich, die Zellen mit unbefeuchteten Gasen zu betreiben und somit die Befeuchter einzusparen. Jedoch besteht weiterhin die Notwendigkeit, Betriebsbedingungen wie Temperatur, Druck und Stöchiometrien der Reaktionsgase sorgfältig zu wählen und sowohl das Betriebsverhalten als auch die dabei wichtige Wasserbilanz der Zellen kontinuierlich zu überwachen. Die herkömmliche Methode zur Bestimmung der Wasserbilanz in der Brennstoffzelle basiert auf dem Kondensieren und Wiegen des enthaltenen Wassers in einem der Austrittsgase (oder beider). Dies ist zeitlich aufwendig und erfordert das Betreiben der Zelle bei hoher Stromdichte, um ausreichend Wasser zu erzeugen. Insbesondere ist es untauglich, um die Wasserbilanz der Brennstoffzelle im automobilen Betrieb kontinuierlich zu überwachen.

 

Neues Messverfahren verhilft möglicherweise den optimierten, bisher nur stationär eingesetzten Betriebsbedingungen zum Durchbruch in der Fahrzeugtechnologie

 

Die Innovation an der neuen Methode ist es, dass diese dagegen eine direkte Messung der Wasserbilanz in einer PEM Brennstoffzelle ermöglicht. So lassen sich mit der gemessenen Wasserbilanz die Betriebsbedingungen mit Hilfe von sogenannten Taupunktdiagrammen genauer beobachten und besser kontrollieren. Theoretisch möglich wird dies durch die Anpassung der Zelltemperatur an die Taupunkttemperaturen der Gase am jeweiligen Austritt, indem man die Eintrittstemperatur und den Massenstrom des Kühlwassers reguliert“, so Dr. Torsten Berning, Entwickler des neuen Verfahrens. Mit dieser Methode könne auch die relative Feuchtigkeit des Anodengases am Austritt ermittelt werden, was zusätzlich Rückschlüsse auf die Wasserbilanz zulässt. Dieses Verfahren kann eingesetzt werden, um die Wasserbilanz der automobilen Brennstoffzelle kontinuierlich zu messen oder auch nur um regelmäßige technische Inspektionen der Brennstoffzellenstapel durchzuführen, bspw. beim TÜV, um den fortschreitenden Abbau der Brennstoffzelle zu quantifizieren.

In jedem Fall sei dadurch, sofern die entsprechenden Betriebsbedingungen eingehalten werden, die Messung der Wasserbilanz in der Brennstoffzellenentwicklung vereinfacht möglich. Hierzu braucht man nur die Geschwindigkeit des Anodenabgases zu messen (s. Abbildung). Dies ist mit Hilfe von Hitzdrahtanemometrie mit grosser Genauigkeit und nahezu in Echtzeit möglich, und diese Methode liefert sogar ein elektrisches Signal welches dann in den Bordcomputer eines Brennstoffzellenfahrzeuges eingespeist und für die Regulierung des Kühlkreislaufes verwendet werden kann. Derzeit werden noch Automobilhersteller gesucht, die das Verfahren in der Praxis testen. Interessierte können sich direkt an Dr. Torsten Berning wenden, Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!.';document.getElementById('cloak171695bcae0428e656e7a701c3f0c2c4').innerHTML += ''+addy_text171695bcae0428e656e7a701c3f0c2c4+'<\/a>';

 

Quelle: Eigene Recherche

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