Simulation von PEM-Brennstoffzellen

Als eine wichtige Aufgabe bei dem Betrieb von Brennstoffzellen hat sich das Regulieren des Wasserhaushalts der Brennstoffzelle herausgestellt. Der Ionen-Widerstand der Membran hängt stark vom Wassergehalt der Membran ab, zu viel entstehendes Wasser kann die Gaskanäle verstopfen. Außerdem können die Poren in der Diffusionsschicht (siehe Skizze) durch das Wasser geflutete werden, so dass kein Gas mehr an die Membran diffundieren kann. Ziel meiner Staatsexamensarbeit war es die Reaktionen in der Zelle mit Hilfe von verschiedenen Modellen zu simulieren und mit den gemessenen Ergebnissen an einer Referenzzelle zu vergleichen.
Ich simuliere die Brennstoffzelle mit folgenden Modellen:

1.) Through the cell

Dieses Modell löst die Sauerstoffkonzentration, die Stromdichte und die Überspannung durch die Zelle auf. Anhand dieses Modells werden U-I Kennlinien u. a. in Abhängigkeit vom Innenwiderstand der Zelle, der Sauerstoffkonzentration und den Stromdichten pro Katalysator (Pt) Oberfläche berechnet und diese mit den U-I Kennlinien der Referenzzelle verglichen. Durch den Vergleich mit den Kurven der Referenzzelle erhält man z.B. Parameter wie die Tortosität und die Porosität der Diffusionsschicht abhängig ist.

2.)Along the Channel