TU Graz / AVL, Steiermark

Forschungserfolg
BRIDGE-Programm
BRIDGE: Forschungserfolg durch Kooperation Wissenschaft und
Wirtschaft – PEM-Model für AVL FIRE © Simulationspaket
Untersuchung von PEM (Proton Exchange Membrane)
Transportmodell für die 3D-CFD Simulation
Auf dem immer wichtigeren Weg zu Brennstoffzellen mit hohem Wirkungsgrad,
langer Dauerhaltbarkeit und mit minimalem Einsatz von teuren Rohstoffen (z. B.
Platin in der Zelle) wurde im BRIDGE-Forschungsprojekt ein weiterer Baustein für
das AVL FIRE © Simulationstool generiert.
Simulation für Produktentwicklung
Die Nutzung von Brennstoffzellen wird als
essentieller Beitrag für eine effiziente
Energieversorgung gesehen. Die Visionen
reichen von Brennstoffzellensystemen mit
Schnellwechsel-Wasserstoffkartuschen für
Elektrofahrräder bis hin zur Reichweitensteigerung von Elektrofahrzeugen mittels Brennstoffzellen ohne stundenlanges Batterieladen an einer Steckdose. WasserstoffBrennstoffzellen emittieren kein CO2, sind
Schadstoff- sowie Partikel-frei und liefern
spontan elektrische Energie bei sehr hohem
Wirkungsgrad.
Die modulare und für spezielle Aufgaben anpassbare Software AVL FIRE © wird von Ingenieuren genutzt, um physikalische Simulationsergebnisse zuverlässig und schnell zu
erzielen. Das Programm ist auf die genaue
Prognose physikalischer Prozesse wie z.B.
die Verbrennung in Motoren, die Schmierölströme in Getrieben, den Ionentransport in
Batterien sowie die Gas-Diffusionsprozesse
in Brennstoffzellen spezialisiert.
2015 / TU Graz + GU / Steiermark
Im Projekt wurde die Alterung von PEMBrennstoffzellen sowie deren Einfluss auf
den elektrochemischen Energieaustausch
erforscht und speziell dafür Alterungsmodelle für numerische 3D-CFD1-Simulation
(inkl. Zweiphasenströmung in den Zellen –
also flüssiges Wasser und Gase) entwickelt.
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CFD: computational fluid dynamics (= etablierte Methode der
Strömungsmechanik)
PEM-Brennstoffzellen nutzen in der Regel
Wasserstoff zur elektrochemischen Produktion von elektrischer Energie – das heißt
Strom.
Das PEM-Model ist ein gutes Beispiel
dafür, wie im Rahmen von Forschungskooperationen zwischen Wissenschaft
und Wirtschaft ein effektiver Aufbau und
Austausch von Forschungsergebnissen und
Know-how erfolgt.
Die große Bandbreite an bereits verfügbaren
Simulationsmodellen
von AVL FIRE ©
konnte um ein weiteres, wertvolles Simulationsmodul mit hoher Präzision ergänzt
werden.
Weitere Membran-Testreihe gestartet
Abbildung: Analyse der Wasserkonzentration in der PEM-Brennstoffzelle
Für die Validierung der Simulationsergebnisse wurde eine mit einer Nafion-Membran
ausgestatteten Brennstoffzelle eingesetzt,
die speziell für diese Untersuchungen entwickelt wurde. Diese spezielle Brennstoffzelle ermöglicht die genaue Analyse der
elektrochemischen Aktivität an unterschiedlichen Stellen der Membran. Diese
Aktivität hängt sehr stark von dem lokalen
Wassergehalt und dem lokalen Schädigungszustand der Membran ab. Die vom
Institut für Physikalische und Theoretische Chemie der TU Graz entwickelten
Modelle sowie die an der TU Graz durchgeführten Messungen zeigten zusammen mit
den Simulationen der AVL eine hervorragende Übereinstimmung. Die Ergebnisse
wurden in einer Reihe von Vorträgen und
Publikationen vorgestellt.
Weitere Forschungsarbeiten sind notwendig,
um das entwickelte Nafion-Alterungsmodell
auch für andere Membranen nutzen zu
können. Dazu müssen vor allem die noch
unbekannten physikalischen Parameter
anderer Membranen als Nafion bestimmt
werden. Erste dafür notwendige experimentelle Untersuchungen konnten bereits
gestartet werden.
Kontakt und Information:
Fotos: AVL
Österreichische
Forschungsförderungsgesellschaft (GmbH)
E elisabeth.gruber@ffg.at
AVL List GmbH
Hans-List Platz 1, 8020 Graz
Kontakt: Dr. Reinhard Tatschl
E reinhard.tatschl@avl.com
www.avl.com
Wenn auch Sie ein ähnliches Projekt umsetzen möchten, nutzen Sie die Förderungsmöglichkeiten
für Kooperationsprojekte im BRIDGE-Programm.
www.ffg.at/bridge, www.ffg.at/kooperation
2015 / TU Graz + GU / Steiermark