Dampfreformierung von Methanol für eine HT-PEM-Brennstoffzelle mit einer Leistung von 30 W el

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1 Dampfreformierung von Methanol für eine HT-PEM-Brennstoffzelle mit einer Leistung von 30 W el Daniel Wichmann, Martin Konrad, Stephan Köhne, Klaus Lucka, Heinrich Köhne OWI ggmbh 1/11

2 MIMEMIZ: Projektziele MIMEMIZ: Neuartiger Mikroreformer für Methanol in Verbindung mit einer gewichts-, preis- und volumenoptimierten Mikrobrennstoffzelle Elektrische Leistung: 30 W netto Lebensdauer: mindestens 2000 h Hybrid-Konzept mit Lithium Akku, max. Leistung 200 W Startzeit: 5-10 Minuten Bauraum: ¼ Batterie/ ¾ Brennstoffzelle 1 l Gewicht Batterie + Brennstoffzelle < 1.1 kg Lageabweichung von 20 im Betrieb tolerierbar Modulares Modulares Systemkonzept Systemkonzept Skalierbarkeit Skalierbarkeit Caddy Cool Electra 2/11

3 Partner im Verbundprojekt MIMEMIZ: Neuartiger Mikroreformer für Methanol in Verbindung mit einer gewichts-, preis- und volumenoptimierten Mikrobrennstoffzelle Gesellschaft für Energieverfahrenstechnik mbh (Koordination, Stackentwicklung) Haseke GmbH & Co. KG (Anwender) IMT TU Braunschweig (Balance-of-Plant Komponenten) Schuler Hydroforming GmbH (Komponentenfertigung) borit Leichtbau-Technik GmbH* (Komponentenentwicklung) ggmbh (Reformer, Systemintegration) Kom-Tron Systemtechnik GmbH (Controller-Entwicklung) SKF Sealing Solutions GmbH* BASF Fuel Cell (MEA-Entwicklung) * Sub-contractor 3/11

4 Technische Herausforderungen Mikroreformer: Entwicklung des des Reformers und und Brenners in in kompaktem Wärmeübetrager Integration der der BoP BoP Komponenten Minimaler Regelungsaufwand Hybridisierung // Steuerung: Auslegung und und Steuerung des des Hybridsystems vereinfachte Platinenumsetzung Reduzierung der der Steuerelemente Ziele: Volumen Gewicht Preis Brennstoffzelle: metallische Bipolarplatte Korrosionsbeschichtung minimaler Materialaufwand MEA MEA Platinbeladung Produktionstechnologie // Packaging :: modulares Konzept optimiertes Hydroforming mit mit kurzer kurzer Taktzeit optimierter Materialeinsatz Komponenten auf auf Stackboards Aufbau Aufbau einer einer Handstraßenfertigung 4/11

5 Systemauslegung / Energiebilanz 18,5 % ELEKTRISCHE LEISTUNG 29,3 % Verdampfer und Reformer in Wärmeübertrager mit kat. Verbrennung Wärmeübertrager zur Annäherung der Temperaturniveaus Reaktoren adiabat / Brennstoffzelle isotherm 5/11

6 Aufbau der Brennstoffzelle Schrauben Endplatte Dichtung Stromabnehmer Bipolarplatte mit Rahmen und Scheiben MEA Bipolarplatte mit Rahmen und Scheiben Stromabnehmer Dichtung Endplatte 6/11

7 Entwicklungen im Projekt Komponentenentwicklung Optimierung Komponenten Miniaturisierung / Packaging System Applikation Caddy Jahr 1 Jahr 2 Jahr 3 7/11

8 Kopplung Brennstoffzelle/Reformer Mittlere Zellspannung U in V 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 Kennlinie der Kopplung bei 0 % CO bei 1,15 % CO bei 1,5 % CO Kopplung Reformer Mittlere Zellspannung U in V 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 Leistung mit Alternativreformer Elektrische Leistung P el in W 0,0 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 Stromdichte j'' in A/cm 2 0,0 0 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 Stromdichte j'' in A/cm 2 5 Zellen á 8,9 cm 2 Zelltemperatur ϑ = 180 C Anodenstöchiometrie λ H2 = 1,5 Kathodenluftverhältnis λ O2 = 1,8 9,2 W mit 5-Zeller unter Reformateinfluss Nicht wärmeintegriertes System weitere Optimierung durch Integration in ein Bauteil 20 Zellen für Gesamtsystem 8/11

9 Integration in Wärmeübertrager (1) Eingangsströme: BZ-Abgas/Katalytische Verbrennung Methanol-Wasser-Gemisch Kathodenluft Brenner-Verdampfer-Einheit: Verdamfung MeOH-Wasser-Gemisch Brenner-Reformer-Einheit: Reformierung MeOH-Wasser-Gemisch 9/11

10 Integration in Wärmeübertager (2) Eingangsströme: BZ-Abgas/Katalytische Verbrennung Reformat Kathodenluft Wärmeübertrager 1: Vorwärmung kalter Kathodenluft durch Brennerabgas Wärmeübertrager 2: Wärmeübertragung Reformat/ Brennstoffzellenabluft Brennstoffzellenabgas 10/11

11 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Wir danken dem Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) und dem PTKA für die Förderung und Betreuung des Projektes 11/11

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