Segmentierte Brennstoffzellen.
Mittels segmentierter Zelltechnologie können lokale Leistungsunterschied über dem Flussfeld von PEM Brennstoffzellen sichtbar gemacht werden. So kann das elektrochemische Geschehen über der aktiven Zellfläche detailliert aufgeschlüsselt werden.
Segmentierte Brennstoffzellen teilen das Flussfeld der Zelle in eine variable Anzahl isolierter Segmente auf. Während des Zellbetriebs ermöglichen sie die Überwachung der Parameter an jedem einzelnen Segment - dies erlaubt eine präzise Kartierung der Strom- und Spannungsverteilung im Flussfeld. Zusätzlich kann jedes einzelne Segment isoliert betrachtet und analysiert werden. So können Degradationsmechanismen identifiziert und verstanden werden.
Segmentierte Brennstoffzellen, tragen massiv zur Weiterentwicklung von Computersimulationen bei, da sie das Geschehen auf dem Flussfeld lokal aufschlüsseln können. Auf Basis der gewonnenen Daten können so Simulationsmodelle weiterentwickelt, oder bereits realphysisch existierende Stacks verbessert werden.
Visualisierte Leistungsverteilung einer 10-fach segmentierten PEMFC bei unterschiedlichen Durchschnitts-Stromdichten
Wieso segmentierte PEMFCs?
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Charakterisierung individueller Flussfelder
Eine Segmentierung ist mit jedem beliebigen Flussfeld realisierbar. Die Anzahl und damit die Auflösung des elektrochemischen Geschehens über dem Flussfeld, bestimmt der Kunde.
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Fertigung
Unsere segmentierten Testzellen werden auf verschiedene Arten produziert, die eng mit dem Kunden abgestimmt werden. Wir legen großen Wert auf eine hohe Datenqualität und ein akkurates Abbild der Inhomogenitäten über dem Flussfeld. Um höchste Datenqualität zu gewährleisten kommt an jedem Segment ein eigens entwickeltes Strom-, Spannungs- und Temperatur Abnahmekonzept zum Einsatz, das elektrotechnische Wechselwirkungen auch bei anspruchsovllen Messaufbauten minimiert. So können die gewonnenen Daten auch als Grundlage für Computersimulationen dienen.
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Verständnis für das Flussfeld gewinnen
Segmentierte Zellen tragen massiv dazu bei ein tiefes Verständnis für Verteiler- und Flussfeldstrukturen zu gewinnen. Flussfeld bedingte Inhomogenitäten in der Leistungsabgabe können zu massiver Zelldegradation führen - solche Probleme können mittels Zellsegmentierung aufgedeckt werden.
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Ortsaufgelöste Datenanalyse
Nicht nur Leistungsinhomogenitäten können mit segmentierten Testzellen aufgedeckt werden. Mittels impedanzspektroskopischer Verfahren, kann die Ursache der Insuffizienzen in Verbindung mit den herrschenden Betriebsbedingungen gebracht werden. So können wertvolle Schlüsse für optimierte Betriebsstrategien entwickelt werden.
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Leistungs-Inhomogenitäten über der Aktivfläche
Auf einer Zelle mit einer 100cm² großen Aktivfläche ist die Leistungsabgabe nicht gleichverteilt. Während einige Bereiche Leistungen bis zu 4 W/cm² erbringen, leisten andere Abschnitte der MEA lediglich 1 W/cm². Diese Inhomogenitäten führen zu lokaler Zelldegradation, insuffizienter Temperaturverteilung und einer raschen Alterung der Zellmembran. Mittels segmentierten Brennstoffzellen können diese Inhomogenitäten sichtbar gemacht werden.
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Zukunftsvisionen
Die Segmentierung von Brennstoffzellen hat das Potenzial das elektrochemische Geschehen innerhalb von PEM-Brennstoffzellen im Detail aufzuschlüsseln. Anhand der gewonnen Daten kann zum einen die Effizienz des realen Brennstoffzellensystems gesteigert werden, zum anderen bieten segmentierte Testzellen die ideale realphysische Vorlage für die Entwicklung von Computersimulationen. Es ist abzusehen, dass segmentierte Brennstoffzellen eine erhebliche Rolle in der Weiterentwicklung und Kommerzialisierung der PEM-Technologie spielen werden.