Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE| Laufzeit: | 06/2019 - 06/2024 |
| Auftraggeber / Zuwendungsgeber: |
Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF), Projektträger Jülich (PTJ) |
| Kooperationspartner: | Albert-Ludwig-Universität Freiburg, AVL Deutschland GmbH |
| Projektfokus: |       |
FC-CAT – Brennstoffzellen CFD und Through-Plane Modellierung
Schematischer Ausschnitt einer Katalysatorschicht bestehend aus Kohlenstoff-geträgertem Platin (Pt), verflochten in einem Ionomernetzwerk. Die Pt-Nanopartikel in unterschiedlicher Größe verteilen sich je nach Supportstruktur auf deren Oberfläche und in den sogenannten Primärporen. Bei gefluteten Poren sind die Pt-Partikel aufgrund der Protonenleitung von Wasser elektrochemisch aktiv.
Das FC-CAT Logo zeigt elektrochemische Impedanzspektren in Form einer Katze, welche eine Computermaus bedient.
Multipotentiostaten-System mit segmentierter ATC (Along-the-channel) Zelle zur ortsaufgelösten Charakterisierung.
Zur Entwicklung neuer Materialien und Fabrikationsprozesse der Brennstoffzelle bedarf es eines tiefen Verständnisses der komplexen Interaktion zwischen den Transportprozessen der Edukte/Produkte, der elektrochemischen Reaktion und der Mikrostruktur der aktiven Schichten. Die Entwicklung verbesserter Brennstoffzellenmodelle in unterschiedlichen Dimensionen und deren Validierung basierend auf experimentellen Daten ist Ziel des Projekts.
Im Projekt „FC-CAT: Fuel cell CFD and through-plane modelling" unter Koordination des Fraunhofer ISE analysieren und beschreiben wir die funktionalen Schichten der Brennstoffzelle mit neuen Materialien durch experimentelle Charakterisierung und theoretische Arbeiten. Ein Schwerpunkt besteht in der Entwicklung eines Katalysatorschichtmodells, welches den Einfluss von Pt-Partikelgröße und Positionierung auf dem Kohlenstoffsupport beschreibt. Somit können Phänomene wie lokale Transportwiderstände am Pt-Partikel, Pt-Inaktivitäten durch unzureichende Protonenanbindung oder Ionomervergiftung simuliert werden. Diese Modellierungsarbeiten erweitern ein bestehendes stationäres 3D-Modell für eine verbesserte realitätsnahe Abbildung der Elektrodenprozesse. Mit Hilfe von Einzelzellmessungen wie Null-Gradienten-Zellen aber auch ortsaufgelöst mittels segmentierter Zellen sollen die Modelle validiert werden. Dazu werden zwei einzigartige Multipotentiostaten-Systeme aufgebaut, welche mittels segmentierter Einzelzellen lokale Effekte charakterisieren können.
Das Projekt hat die Unterstützung der Brennstoffzellen-Industrie zum Ziel, indem eine zuverlässige und umfangreiche Basis zur (Strömungs-)Modellierung von Brennstoffzellen entwickelt und der Fachwelt zur Verfügung gestellt wird. Dadurch soll die internationale Wettbewerbsfähigkeit insbesondere der deutschen Zulieferindustrie gestärkt werden.