Auf der Anoden-Seite einer Direkt-Methanol Brennstoffzelle (DMFC) entstehen CO2-Blasen. Bei hydrophoben Kanalwänden haften diese Blasen an den Wänden und wachsen zu einer Größe, dass sie einen signifikanten Verdrängungseffekt auf die Wasser-Methanol-Strömung im Kanal hin zur Gas-Diffusionslage (GDL) ausüben. Dadurch kommt es zu einer Steigerung der Zellleistung, solange die Blase haftet. Dieser Effekt wurde numerisch vorhergesagt in [1] und wurde kürzlich experimentell durch Wissenschaftler des ZBT nachgewiesen [2].
Basierend auf diesen Ergebnissen stellte sich die Frage, ob die Zellleistung durch die Einbringung einer Art künstlicher Blase und dem sich daraus ergebenden Verdrängungseffekt dauerhaft gesteigert werden könnte. Es wurden daher weitere Untersuchungen mittels laser-optischer Strömungsmessung und zeitaufgelöster Messung der Zellleistung an einer speziellen Ein-Kanal DMFC durchgeführt.
Bei dieser DMFC wurden künstliche Hindernisse auf der Anodenwand gegenüber der GDL eingebracht, die eine stationäre Blase nachbilden. Diese Hindernisse führten zu einer signifikanten lokalen Verringerung des Kanalquerschnitts und erzeugten so den gewünschten Verdrängungseffekt auf die Anodenströmung. Die Ergebnisse zeigten einen dauerhaften Leistungsanstieg von 15%- 19% gegenüber einer DMFC ohne Hindernisse. Die Leistungssteigerung scheint mit dem Verblockungsverhältnis zu skalieren. Weitere Untersuchungen werden zur Zeit durchgeführt.
Die Ergebnisse wurden auf der „Fuel Cells 2014 Science & Technology – A Grove Fuel Cell Event“ in Amsterdam im April 2014 präsentiert. Das zugehörige Poster wurde mit dem „best poster award“ ausgezeichnet.
- Abteilung Mikrosysteme und Strömungsmechanik
- Strömungsuntersuchung am ZBT[1] Hutzenlaub, T, Paust, N, Zengerle, R, Ziegler, C: The effect of wetting properties on bubble dynamics and fuel distribution in the flow field of direct methanol fuel cells, Journal of Power Sources, 196: 8048– 8056, 2011
[2] Burgmann, S, Blank, M, Panchenko, O, Wartmann, J: µPIV measurements of two-phase flows of an operated direct methanol fuel cell, Exp Fluids, 54:1513, 2013
