Beschreibung von Schmelzkarbonatbrennstoffzellen (MCFC) mittels mehrskaliger Modellhierarchien

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Schmelzkarbonatbrennstoffzellen (Molten Carbonate Fuel Cells, MCFC) stellen nicht nur aufgrund gekoppelter und auf unterschiedlichen Größenskalen ablaufender Prozesse, sondern auch durch die thermische und stoffliche Integration des Reformierungsprozesses komplexe Systeme dar. Die Beschreibung des dynamischen und örtlich verteilten Verhaltens dieser Systeme bedarf somit einer sorgfältigen mathematischen Modellierung, die ihrem mehrskaligen Charakter Rechnung trägt. Dazu werden zunächst mittels Detailmodellen dominante Effekte in den Elektroden und im Strömungsverhalten in den Kanalstrukturen untersucht. Daraus werden mit Hilfe von Modellvereinfachungen zweidimensionale Modelle der einzelnen Kompartimente einer Brennstoffzelle abgeleitet, aus deren Analyse Modelle für einzelne Brennstoffzellen sowie Stapeleinheiten hervorgehen. Die Simulationsergebnisse auf den unterschiedlichen Skalen werden mit experimentellen Daten überprüft. Das primäre Ziel dieses Projekts ist die Erstellung eines Modells einer symmetrischen Stapeleinheit. Dieses ist sowohl für die Prozessanalyse als auch für die Optimierung von Betriebs- und Designparametern geeignet.