Stromdichteverteilung im Polymerelektrolyt-Brennstoffzellenstapel

Brennstoffzellen gelten aufgrund ihres hohen erreichbaren Wirkungsgrads als viel versprechende Energiewandler der Zukunft. Herausforderung in der Entwicklung von Brennstoffzellen ist die technische Umsetzung eines möglichst effizienten Betriebs. Bedingt durch Aufbau und Betriebsweise von Brennstoffzellen wird die Zellfläche jedoch meist nicht gleichmäßig zur Energiewandlung genutzt. Eine inhomogene Leistungsverteilung in den Zellen führt zu einer reduzierten elektrischen Leistung und kann sich zudem negativ auf die Lebensdauer auswirken. Die vorliegende Arbeit bietet durch die Entwicklung und Anwendung einer neuartigen, patentierten Bipolarplatte zur ortsaufgelösten Stromdichtemessung in Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzellen die Möglichkeit einer Diagnose und Überwachung der Homogenität der Stromdichteverteilung in Brennstoffzellenstapeln. Die systematische Entwicklung der Messplatte wird durch eine umfassende numerische Betrachtung der konstruktiven Einflüsse auf die Messgenauigkeit begleitet. Anhand der experimentellen Untersuchungen wird der Einfluss der Betriebsbedingungen auf die Stromdichteverteilung und den lokalen Wasserhaushalt bestimmt. Erstmalig werden experimentell ermittelte Stromdichteverteilungen einzelner Zellen eines Brennstoffzellenstapels vorgestellt und vergleichend ausgewertet. Die Untersuchungen bezüglich der Wechselwirkungen zwischen den Zellen in Brennstoffzellenstapeln werden durch potentialtheoretische Modellrechnungen der Querströme in der Bipolarplatte ergänzt. Die gewonnenen Erkenntnisse zu den Spannungsverlusten in den Brennstoffzellenkomponenten können sowohl in die Komponentenentwicklung als auch in die Modellbildung einfließen.