Modeling and Experimental Investigation of Transport Processes in the Layer Structures of Polymer-Electrolyte Fuel Cells

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Ziel des Gemeinschaftsvorhabens ist die Entwicklung eines detaillierten mathematischen Modells für die numerische Simulation von Elektrode-Membran-Elektrode-(EME-)Einheiten von Polymermembran-Brennstoffzellen für den Waserstoff/Luft- und den Methanol/Luft-Betrieb (DMFC). Das geschaffene Werkzeug soll im Wechselspiel mit experimentellen Charakterisierungsmethoden zur Analyse der leistungslimitierenden Faktoren eingesetzt werden und eine gezielte Verbesserung von Membranen und Elektrodenschichten ermöglichen. Dabei liegt der Schwerpunkt der ICVT-Arbeiten auf der Charakterisierung und Bewertung neuer Membranen und der des DRL-ITT auf der Charakterisierung von Elektrodenstrukturen und ihrer Verbesserung.Im ersten Berichtszeitraum konnte eine erste Version des Simulationsprogramms erstellt und getestet werden. In der zweiten Antragsperiode soll der Schwerpunkt der Arbeiten zunächst auf der experimentellen Charakterisierung liegen. Die dazu notwendigen Teststände werden z. Zt. aufgebaut. Zum einen sind die Transport- und Gleichgewichtsparameter für neue am ICVT entwickelte Membranen zu bestimmen; zum anderen soll eine detaillierte Charakterisierung der EME-Einzelschichten mittels Impedanzspektroskopie erfolgen.Auf der Basis dieser und weiterer Charakterisierungsergebnisse soll ein genaueres Modell der Dreiphasen-Reaktionsschicht entwickelt werden, das auch die Einflüsse von Porenverblockung durch kondensierendes Wasser bzw. bei der 1-DMFC durch gasförmigeres CO2 berücksichtigt.