Analyse zur Zellinternen Befeuchtung eines Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzellenstapels

Brandau, Nils

Es wird das Prinzip der Zellinternen Befeuchtung eines Brennstoffzellenstapels vorgestellt. Mit diesem Konzept zur Gasbefeuchtung einer Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle kann die Systemkomplexität eines Brennstoffzellenaggregates verringert und die Leistungsfähigkeit gesteigert werden. Diese Arbeit umfasst theoretische und experimentelle Untersuchungen, um die Machbarkeit und Grenzen der Zellinternen Befeuchtung aufzuzeigen. Die Zellinterne Befeuchtung besteht aus wasserdurchlässigen Flächen, welche an die aktive Fläche der Membran-Elektroden-Einheit einer Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle angrenzen. Für eine qualitative Untersuchung der Zellinternen Befeuchtung wird ein analytisches Berechnungsmodell erarbeitet, welches den Wassertransport durch die Befeuchtungs-flächen beschreibt. Das Modell ermittelt den durch die Befeuchtungsfläche übertragenen Wassermassenstrom in Abhängigkeit der einströmenden trockenen Gasmassenströme, deren Wasserdampfpartialdrücke und der wirksamen Übertragungsfläche. Aufbauend auf einer theoretischen Herleitung wird praktisch bewiesen, dass eine mit zwei Stoffströmen gespeiste Stoffübertragungsapparatur eine funktionale Betriebscharakteristik analog zu einem Wärmeübertrager aufzeigt. Die Zellinterne Befeuchtung wird auf experimentellem Wege, anhand aufgenommener Polarisationskurven, quantitativ analysiert. Es wird gezeigt, dass durch die Zellinterne Befeuchtung eine deutliche Leistungssteigerung von Brennstoffzellenaggregaten erreicht werden kann.

The internal cell humidification of a fuel cell stack is discussed. This concept of humidification of a polymer-electrolyte-membrane fuel cell can reduce complexity and increase performance of a fuel cell system. This thesis comprises theoretical and experimental investigations to indicate the feasibility and application limitations of internal cell humidification. Internal cell humidification describes water-permeable areas which adjoin the active area of the fuel cell. For qualitative analysis of internal cell humidification an analytic model is used. This model describes the transferred water flow rate by a model of mass transport. The transferred water flow rate can be calculated as a function of the effective humidification area, dry gas mass flow rates and partial pressures. It is shown that this case of mass transfer has the same characteristics as a heat exchanger. A quantitative analysis is shown by measured polarization curves of fuel cells with internal cell humidification. The result is that internal cell humidification can increase the power density of polymer-electrolyte-membrane fuel cells.

Vorschau

Zitieren

Zitierform:

Brandau, Nils: Analyse zur Zellinternen Befeuchtung eines Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzellenstapels. 2012.

Zugriffsstatistik

Gesamt:
Volltextzugriffe:
Metadatenansicht:
12 Monate:
Volltextzugriffe:
Metadatenansicht:

Details anzeigen

Rechte

Nutzung und Vervielfältigung:
Alle Rechte vorbehalten

Export