3. Auslegungsgrundlagen und Stofftransport

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1 3. Auslegungsgrundlagen und Stofftransport Institut für Energiesysteme und Brennstoffzellentechnik (IEB) Ziele der Forschungs- und Entwicklungsarbeiten Modellierung und Simulation tubulärer VLRFBs Experimentelle Untersuchung tubulärer VLRFB-Testzellen Optimierung des Stofftransports M. Eng. Simon Ressel, Institut für Energiesysteme und Brennstoffzellentechnik, HAW Hamburg Folie 0/125 23/11/2012

2 Das Institut für Energiesysteme und Brennstoffzellentechnik (IEB) Institutsleiter: Personal: Prof. Dr. techn. W. Winkler 4 Professoren, 7 wissenschaftliche Mitarbeiter, 4 studentische Hilfskräfte Das IEB ist unterteilt in drei Themenfelder: 1. Kolbenmaschinen 2. Klima- und Kältetechnik 3. Brennstoffzellen-, Batterie-, und Energiesysteme Folie 1/125 23/11/2012

3 Das Institut für Energiesysteme und Brennstoffzellentechnik (IEB) Schwerpunkte: Systemtechnik und angewandte Thermodynamik Verschaltung von Brennstoffzellen (BZ) zu BZ-Stacks Einbindung von BZ in BZ-Systeme Energetische Systemoptimierung Elektrochemische Verfahrenstechnik Bilanzierung und Modellierung von Brennstoffzellen und Redox Flow-Batterien Optimierung von BZ- und RFB-Zellen und Zellkomponenten Entwicklung und Betrieb automatisierter RFB-Prüfstände Vermessung von Bleigel- und Lithiumbatterien unter simulierten Betriebsbedingungen (I Ch 100 A, I DCh 200 A, U nom 60 V) Brennstoffzellensysteme in mobilen Anwendungen Einbindung von BZ in Passagierjets (APU) Nutzung von BZ in Antriebssträngen von Schwerlastanwendungen Bilanzierung und Optimierung von Energie- und Stoffströmen, sowie der Betriebsparameter des BZ-Hybrid-Passagierschiffs "Alsterwasser" Folie 2/125 23/11/2012

4 Ziele der Forschungs- und Entwicklungsarbeiten Auslegungsgrundlagen für die Dimensionierung und Prozessführung mikro-tubulärer VLRFB Erfassung und Beschreibung der multiphysikalischen Phänomene Identifikation und Analyse der Abhängigkeiten und Wechselwirkungen Untersuchung und Optimierung der Prozessparameter Evaluation und Optimierung von Zellanordnungen und Zellvarianten Folie 3/125 23/11/2012

5 Ziele der Forschungs- und Entwicklungsarbeiten Fertigungsverfahren für die Herstellung mikro-tubulärer VLRFB-Testzellen Entwicklung von Dichtmethoden Entwicklung von Lösungen zur elektrischen Kontaktierung der porösen Elektroden Herstellung und Untersuchung tubulärer Membran-Elektroden-Einheiten Folie 4/125 23/11/2012

6 Ziele der Forschungs- und Entwicklungsarbeiten Optimierung des Stofftransports in der porösen bifunktionalen Elektrode Modellierung und Simulation der multiphysikalischen Phänomene in der 3-Phasen-Schicht Experimentelle Charakterisierung und Optimierung des Stofftransports in der porösen Struktur des Katalysatorträgers Folie 5/125 23/11/2012

7 Modellierung und Simulation tubulärer VLRFB Folie 6/125 23/11/2012

8 Experimentelle Untersuchung tubulärer VLRFB-Testzellen Entwicklung und Herstellung tubulärer VLRFB-Testzellen Entwicklung, Untersuchung und Optimierung von Dichtmethoden Konzeption und Entwicklung eines MEE-Herstellverfahrens Entwicklung und Untersuchung von Methoden zur elektrischen Kontaktierung von Elektroden Folie 7/125 23/11/2012

9 Experimentelle Untersuchung tubulärer VLRFB-Testzellen Folie 8/125 23/11/2012

10 Optimierung des Stofftransports Stofftransport in der 3-Phasen-Schicht (poröse Katalysator-Trägerstruktur) Zu-/Abfuhr von Sauerstoff Ab-/Zufuhr von Wasser (flüßig/dampfförmig) Zu-/Abfuhr von Elektronen Ionenleitender Film zur Protonen-zu-/abfuhr Verhinderung von Wasseransammlung in Poren (Blockade) Optimierung des Stofftransports Modellieren und simulieren der 3-Phasen-Schicht Experimentelle Charakterisierung der porösen Struktur mittels Kapillarfluss -Porometrie Optimierung der Membran-Elektroden-Kontaktierung Modifizieren der Oberflächeneigenschaften (hydrophob, hydrophil) Optimierung der Porosität, Porengrößen, Porengrößen-Verteilung Folie 9/125 23/11/2012

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