Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE| Laufzeit: | 01/2021 - 06/2024 |
| Auftraggeber / Zuwendungsgeber: |
Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF), Projektträger Jülich (PTJ) |
| Kooperationspartner: | Albert-Ludwig-Universität Freiburg, AVL Deutschland GmbH |
| Projektfokus: |       |
FC-RAT – Realistische Alterungstrendmodellierung von Brennstoffzellen
Segementierte ATC (Along-the-channel) Zelle zur Charakterisierung lokaler Degradation.
Das FC-RAT Logo zeigt Deckschichtdiagramme einer Zyklovoltammetrie-Messung in Form einer Ratte.
Lokale Unterschiede z.B. der Pt²+-Konzentration in der Katalysatorschicht aufgrund Pt-Auflösung führt zu unterschiedlichen Degradationsraten bei der Ostwaldreifung. Die Diffusion von Pt-Ionen in die Membran verursacht eine Verarmung von Pt-Partikel an der Grenzfläche von Katalysatorschicht zur Membran.
Eine zukünftig bedeutende Antriebsform wird die Brennstoffzelle sein. Der Entwicklungsschwerpunkt hat sich aber deutlich von PKW in Richtung Güter- und Schwerlastverkehr verschoben. Dadurch erhöhen sich gleichzeitig die Erwartung an die Lebensdauer von Brennstoffzellen um den Faktor fünf bis zehn. Diesen Aspekt untersucht das Forschungsprojekt FC-RAT unter Koordination des Fraunhofer ISE. Das Verständnis für die Alterungsvorgänge soll wesentlich erweitert und vertieft werden.
Um Aussagen zur Langzeitstabilität von Brennstoffzellenkomponenten zu treffen, werden sogenannte beschleunigte Alterungstests (AST) herangezogen, in denen mittels harscher Betriebsbedingungen wie hohen Temperaturen oder hohe Zellpotentiale die Materialien schnell gealtert werden. Ein Vergleich unterschiedlicher Materialien auf die Degradation unter AST-Bedingungen wird für die Materialauswahl herangezogen.
Zur Vorhersage der Lebensdauer der Komponenten unter realen Betriebsbedingungen können AST-Messungen nicht dienen, dafür braucht es ein Degradationsmodell. Im Projekt „FC-RAT – Fuel Cell Realistic Aging Trend Modelling“ wird ein 1D-Degradationsmodell entwickelt, welches auf den Annahmen einer komplexen Mikrostrukturinteraktion von Pt-Partikeln und Kohlenstoffsupport basiert. Diese Annahmen wurden von dem Parallelprojekt „FC-CAT“ übernommen, so dass das Degradationsmodell mit dem Performance-Modell gekoppelt werden kann. Durch Kopplung mehrerer 1D-Modelle können laterale in-plane Effekte, wie sie beispielsweise bei Start-Stopp-Vorgängen auftreten, ortsaufgelöst abgebildet werden. Diese können anhand segmentierter Zellmessungen validiert werden.Darauf aufbauend wird durch die Entwicklung eines Alterungsmodells eine Lebensdauerabschätzung bei realen Lastprofilen möglich. Gleichzeitig kann diese Alterungsmodellierung der Optimierung von Betriebsstrategien dienen.