Anodenseitiges Sensorsystem zum nachhaltigen Betrieb eines PEMFC-Systems (SaveRef)

Im Rahmen dieses Projekts soll ein Sensorsystem entwickelt werden, das aus einer Referenzelektrode (DHE) an der Membran-Elektroden-Einheiten (MEA) sowie einem Anoden-Sensor-Bündel (ASB; Druck-, Durchfluss- und Gassensoren) am Ein- und Ausgang der Anode besteht.

Bei „Proton exchange membrane fuel cell” (PEMFC)-Systemen ist eine ausreichende Versorgung der Anode mit Wasserstoff unabdingbar für eine hohe Leistungsfähigkeit und Haltbarkeit. Für einen wirtschaftlichen Betrieb ist ein möglichst geringer Wasserstofffluss auf der Anode erforderlich, der in der Regel durch ein Rezirkulations- oder Dead-End-Betrieb realisiert wird. In Rezirkulation bzw. im Dead-End-betriebene PEMFC-Systeme müssen regelmäßig gepurged werden, um angesammelte Inertgase wie Stickstoff und Wasserdampf auszutragen. Bisherigen Purgestrategien sind meist empirisch entwickelt worden und verursachen, um einen sicheren Betrieb zu gewährleisten, zu hohe Wasserstoffverluste.
Des Weiteren kann es mit einer dem heutigen Stand der Technik entsprechenden Betriebs- und Purgestrategie, durch Defekte im System oder eine mangelhaften Wasserstoffversorgung, zu kritischen Zuständen in der Brennstoffzelle kommen. Diese führen zu starken, zunächst lokal begrenzten, irreversiblen Degradationen der PEMFC.

Im Rahmen dieses Projekts soll deshalb ein Sensorsystem entwickelt werden, das aus einer Referenzelektrode (DHE) an der Membran-Elektroden-Einheiten (MEA) sowie einem Anoden-Sensor-Bündel (ASB; Druck-, Durchfluss- und Gassensoren) am Ein- und Ausgang der Anode besteht. Dieses Sensorsystem ermöglicht:

• eine optimierte und bedarfsgerechte Betreibs- und Purgestrategie, welche eine ideale Wasserstoffausnutzung ermöglicht
• eine dauerhafte Überwachung des PEMFC-Stacks, um einen Betrieb bei kritischen Zuständen zu detektieren. Hierdurch kann die Brennstoffzelle bestmöglich geschützt und so die Lebensdauer des Stacks signifikant erhöht werden.
• darüber hinaus eine detaillierte Analyse möglicher Fehlerquellen, um so nicht nur den Stack zu schützen, sondern eine Information über die Fehlerquelle bereit zu stellen.

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