ESI North America: Fortschritte bei der Simulation von Brennstoffzellen

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Mehrjähriges Entwicklungsprogramm verbessert die Leistung, die Frosttoleranz und die Kaltstartzeiten von Brennstoffzellen in Kraftfahrzeugen.

Anlässlich der jährlichen Merit-Review- und Peer-Evaluation-Versammlung zum Wasserstoff- und Fahrzeugtechnologieprogramm des US-Energieministeriums (Department of Energy, DOE) wurden heute signifikante Fortschritte bei der Simulation der Leistung von Brennstoffzellen in Fahrzeugen vorgestellt. Mit diesem Programm soll die Fähigkeit von Simulationen verbessert werden, detaillierte Untersuchungen darüber durchzuführen, wie unterschiedliche Komponentenstrukturen und -eigenschaften den Gas- und Wassertransport in PEM-Brennstoffzellen (Proton Exchange Membrane) beeinflussen. Ingenieure von ESI North America waren während der letzten drei Jahren wesentlich an diesem Projekt beteiligt.

PEM-Brennstoffzellen können bei zahlreichen Anwendungen im Transportsektor als emissionsfreie Leistungsquelle eingesetzt werden. Die größten technischen Herausforderungen auf dem Weg zur Vermarktung von Fahrzeugen mit Brennstoffzellen sind mögliche Kostensenkungen, Lebensdauer, Wassermanagement, Frosttoleranz und Leistungsdichte.

"Virtuelle Prototypen unter Verwendung fortschrittlicher multi-disziplinärer Simulationen zum Verständnis der komplexen Wechselwirkungen unterschiedlicher physikalischer Phänomene sind eine notwendige unterstützende Technologie auf dem Weg, kommerziell realisierbare Brennstoffzellenfahrzeuge auf den Massenmarkt zu bringen", erklärt Joseph Strelow, Leiter und Chefingenieur der Regierungsprogramme bei ESI North America. "Die elektrochemischen Reaktionen, die Konzentrationen von leistungsschmälernden Schadstoffen und deren Auswirkung auf die Lebensdauer von Zellstrukturen können nicht direkt in einer realen Brennstoffzelle gemessen werden. Verfügbaren Simulationsoptionen fehlte bisher die Fähigkeit, die für weitere Leistungsfortschritte nötigen physikalischen Abläufe präzise darzustellen. Wir sind stolz auf die Zusammenarbeit mit unseren Partnern aus Industrie und Wissenschaft, um mit der Unterstützung des Energieministeriums an einer Lösung für diese grundlegenden Probleme zu arbeiten."

Zu den vorgestellten Tätigkeiten gehören die Ergebnisse zusätzlicher experimenteller Validierungen des Wassertransportmodells von ESI in den Gasdiffusionsschichten, Kanälen und über Schnittstellen. Das verbesserte Verständnis des Wassertransports führte zu neuen Konzepten zur Wasserentziehung und Kontrolle der Wasserverteilung. Ebenfalls wurde eine weitere Integration der Wassermanagement-Simulation in bestehende elektrochemische und Wärmeübertragungsmodelle vorgenommen, wodurch eine Lösung geschaffen wurde, mit der die Erhöhung von Leistungsdichte und zeitabhängiger Leistung untersucht werden kann.

Das vierjährige Programm begann 2007 mit einem Gesamtbudget von 6,4 Millionen US-Dollar. An den gemeinschaftlichen Arbeiten beteiligt sind sieben Partnerunternehmen aus den Bereichen Technologie, Industrie und Wissenschaft. Heute fand die letzte Halbzeitbesprechung für das Programm statt, das im Mai 2011 abgeschlossen sein soll.

Weitere Informationen zu den Anwendungen von ESI für die Energie- und Stromerzeugungsindustrie finden Sie unter http://www.esi-group.com/industries/energy-power.

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