Brennstoffzellenstapel und Brennstoffzellensysteme sind komplexe technische Strukturen, in denen verschiedenste Prozesse teils gegenläufig die Stabilität und damit die Lebensdauer beeinflussen. In Brennstoffzellenstapeln selbst ist die Strömungsführung der Reaktionsmedien innerhalb der einzelnen Zelle und im Stapel Ziel von Optimierungen mittels Strömungs-Simulationen (Computational-Fluid-Dynamic CFD). Auf Systemebene wiederum wird vermehrt mit spezifischen Systemsimulationen gearbeitet, um die Wirkungsgrade des Gesamtsystems zu verbessern. In Zusammenarbeit mit der AVL List GMBH wurden hierzu nun wichtige Erkenntnisse im Zusammenspiel der Simulationsebenen publiziert.
Für die professionelle Auslegung von Brennstoffzellen und Brennstoffzellensystemen können vermehrt Softwaretools eingesetzt werden. Zielsetzungen solcher Optimierungen können zum Beispiel die Effizienzsteigerung oder die Lebensdauerverlängerung in Abhängigkeit der spezifischen Anwendung eines Produktes sein. Im Automobilbereich spielen beispielsweise Bauraum- und Gewichtvorgaben sowie Dynamikanforderungen eine zentrale Rolle, um überhaupt ein Brennstoffzellensystem in ein Fahrzeug integrieren zu können. Bei stationären Anlagen sind die Betriebskosten als Auslegungsgröße dominant und damit Lebensdaueranforderungen und Effizienz als Zielgröße bedeutender.
Als Freiheitsgrade bei der Auslegung solcher Systeme und der Brennstoffzellenstacks sind also geometrische Parameter, einsetzbare Materialien und letztendlich die Medienversorgungs- und Betriebsstrategie wichtige zu beachtende oder anzupassende Faktoren.
In projektbezogener Zusammenarbeit mit der AVL List GmbH wurden am ZBT sowohl Simulationsumgebungen für numerische Strömungsmechanik (Computational Fluid Dynamics, CFD) als auch für Systemsimulationen als wichtige Tools für die Auslegung von Brennstoffzellen eingesetzt und gemeinsam mit AVL weiterentwickelt. So konnten zum Beispiel mittels ortsaufgelöster Messungen am ZBT Rückschlüsse auf die ortsaufgelöste Feuchteverteilung ermöglicht werden; Erkenntnisse, die nun in CFD-Berechnungen mit der Softwareumgebung AVL FIRE eingeflossen sind. Für die Systemsimulationen wird am ZBT die Software AVL CRUISE M in der Kombination mit einem ZBT-Brennstoffzellenmodell eingesetzt. Auch dieses Modell konnte u.a. durch die Messungen bezüglich der Performance präzisiert und validiert werden. Die Modellierung der Degradation bietet insgesamt viele interessante neue Aspekte zur Betrachtung und Optimierung bezüglich der Lebensdauer von Brennstoffzellensystemen.
Verschiedene Aspekte der Zusammenarbeit, die unter anderem im Rahmen eines gemeinsamen Forschungsprojektes "FC-DIAMOND - PEM Fuel Cell DegradatIon Analysis and MinimizatiON MethoDology Based on Joint Experimental and Simulation Techniques", das im Rahmen der BMVIT/FFG-Ausschreibung "Mobilität der Zukunft, Mobilität der Zukunft, MdZ - 5. Ausschreibung (2014)" durchgeführt wurde, wurden jetzt veröffentlicht.
