// Modellierung von automotiven BZ-Komponenten

CFD-Vollzellmodellierung zur Unterstützung einer gezielten Materialentwicklung im Bereich automotiver PEMFC-Membran- Elektroden-Einheiten

Um die spezifizierte Leistungsdichte von 1 Wcm-2 (1,5 Acm-2 bei 0,675 V) für die automobile Anwendung der PEMFC unter Einhaltung eines marktfähigen Kostenrahmens zu erreichen, ist die Entwicklung neuer, optimierter Membran-Elektroden-Einheiten (MEA) mit besonders niedrigem Platingehalt notwendig. Innerhalb des von der Europäischen Union geförderten Projekts IMPACT sollen solche neuartigen MEA-Einheiten für den Einsatz im Automobilsektor gezielt entwickelt werden.

Zunächst wurde eine reale Brennstoffzelle im entsprechenden Design inklusive aller Komponenten und ihrer Materialeigenschaften in der CFD-Simulationssoftware (Computational Fluid Dynamics) nachgebildet. Das eingesetzte Modell berücksichtigt hierbei die Strömungsverhältnisse in den Verteilerfeldern (s. Abb.), die Transporteigenschaften der porösen Materialien und die ablaufenden elektrochemischen Vorgänge. Unter Verwendung von für kommerzielles Material üblichen Eigenschaften der MEA konnten die mit dem Referenzmaterial gemessenen Leistungsdaten der Zelle sehr gut reproduziert werden. In einem zweiten Schritt wurden gemessene, an die Leistungsdaten der Zelle angepasste Materialeigenschaften verwendet, um das Verhalten der ersten im Projekt hergestellten Materialgeneration zu reproduzieren. Ausgehend davon wurden zuletzt charakteristische Materialeigenschaften im Modell variiert, sodass die als Zielwert spezifizierte Leistungsdichte in der Simulation erreicht wurde. Die aus der Variation erhaltenen physikalischen Kennzahlen werden im weiteren Verlauf des Projekts als Richtschnur verwendet, um die MEA-Entwicklung gezielt fortzuführen.

Ansprechpartner

Dr. Joachim Scholta
+49 731 9530-206
Die in der Abbildung wiedergegebene kathodenseitige Flüssigkeitsverteilung zeigt, dass lediglich im Bereich der Mäandergrenzstege erhöhte Werte der Wassersättigung zu erwarten sind.