​Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellen (PEMFCs) sind Energiegeräte, die die chemische Energie von Brennstoffen wie Wasserstoff mit vernachlässigbarer Umweltbelastung und hoher Effizienz direkt in nützliche Arbeit umwandeln. Die Kanalgeometrie der Bipolarplatte hat erheblichen Einfluss auf die Leistung der Brennstoffzelle.

Bipolarplattendesigns, die auf von der Natur inspirierten Strukturen wie Blättern, Lungen oder Schwämmen basieren, wurden bisher erfolgreich erforscht, haben aber noch nicht ihr volles Potenzial erreicht. In diesem Projekt werden neue biomimetische Designs in drei verschiedenen Phasen untersucht.

• In einer ersten Phase wird eine Reihe anfänglicher biomimetischer Entwürfe für eine Brennstoffzelle durch eine rechnerische strömungsdynamische Analyse des Flusses verschiedener anfänglicher biomimetischer Entwürfe analysiert, mit dem Ziel, den vielversprechendsten Entwurf auszuwählen. Die Ergebnisse der biomimetischen Designs werden mit den Ergebnissen modernster Standard-Brennstoffzellendesigns wie Parallelspulen verglichen. Das ausgewählte Design umfasst poröse Grapheneinsätze im zentralen Teil der Platte anstelle der vertikalen Kanäle, die bei anderen hochmodernen Designs häufiger vorkommen.
   
• In einer zweiten Phase wird, nachdem das biomimetische Design mit den besten Aussichten ausgewählt wurde, dieses hergestellt und experimentelle Tests zur Bestimmung seiner energetischen Leistung durchgeführt (Kurven IV, EIS und CDM). Die experimentellen Tests wurden im Wasserstoffzellenprüfstand durchgeführt, über den die Thermotechnics-Gruppe in ihren Einrichtungen verfügt. Die Ergebnisse des neuen biomimetischen Designs wurden analysiert und mit einem Referenz-Parallelspulenmodell verglichen. Dies zeigt, dass das vorgeschlagene neue Design besonders zur Verbesserung des Wassermanagements von Brennstoffzellen unter Bedingungen hoher Reagenzienfeuchtigkeit geeignet ist und im Vergleich eine bis zu 6,0 % höhere Spitzenleistung erreicht zum Referenzdesign.
   
• In einer dritten Phase und nach der Analyse der bisherigen Versuchsergebnisse erfolgt eine Optimierung des Designs zur Herstellung und Erprobung des endgültigen Prototyps. Schließlich beginnt mit dem endgültigen optimierten Prototyp die Herstellung eines 500-W-Power-Stacks für die abschließende Demonstration der erforschten Technologie.
   

Diese Veröffentlichung ist Teil des F&E&I-Projekts PID2019-104441RB-I00, finanziert von MCIN/AEI/10.13039/501100011033.

Finanzierungsprogramm: Staatsplan 2017-2020 Herausforderungen – F&E&I-Projekte
 

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