| DECODE: Untersuchung von Degradationsmechanismen zur Verbesserung von Komponenten und Design von PE-Brennstoffzellen Das Ziel des DECODE-Projekts ist es, die Lebensdauer von
Brennstoffzellen für die Anwendung im automobilen Bereich zu verlängern. Es ist bekannt, dass flüssiges Wasser eine wichtige Rolle im Schädigungsprozess der Brennstoffzelle spielt. Jedoch wurde dieser Einfluss bisher noch nicht ausreichend wissenschaftlich beleuchtet.
Deshalb zielt DECODE darauf ab, das charakteristische Verhalten in Bezug auf Degenerierung und Fehlfunktion mit speziellem Fokus auf die Interaktion mit flüssigem Wasser zu untersuchen. Die Arbeit wird quantitativ wesentliche Degradationsmechanismen in der Polymer-Elektrolyt-Brennstoffzelle (PEFC) unter verschiedenen Testbedingungen aufklären, nämlich Dauertest, Nass-/Trocken-Zyklen sowie Start- und Abschalt-Bedingungen. Mit den gewonnenen Erkenntnissen soll die Lebensdauer der PEFC verbessert werden.
Der Projektverlauf ist in drei Phasen unterteilt: In der ersten kurzen Phase, der Spezifikations- und Definitionsphase, werden Materialen, Komponenten sowie Test- und Betriebsbedingungen festgelegt. In der zweiten Phase, der Analysephase, sollen die einzelnen Degradationsprozesse der Komponenten und deren Zusammenhang untersucht werden. Dies umfasst die grundlegende Erforschung der Membrane und Elektroden in Work Package 3, die Analyse der porösen Schichten in Work Package 4 und die Untersuchung der Bipolarplatten in Work Package 5. Die Arbeiten in diesen drei Work Packages bedienen sich neuartiger Methodologien, komplizierte Charakterisierung der Komponenten sowie der Modellierung und Simulation des Wassertransports und der Interaktion des Wassers mit den Komponenten. In der dritten Phase wird das erworbene Wissen um die Degradationsmechanismen in einen technologischen Prozess umgesetzt. Dies beinhaltet die Entwicklung neuartiger Betriebsstrategien für Brennstoffzellen um die Verschlechterung abzuschwächen und die Komponenten und das Einzelzelldesign zu verbessern.
Die Universität Erlangen hat in diesem Projekt die spezielle Aufgabe, den Wassertransport im Gasdiffusionsmedium zwischen dem Polymer und den Bipolarplatten zu modellieren und simulieren. Diese Schicht besteht einerseits aus einer sogenannten mikroporösen Schicht (MPL) mit Porengrößen im Nanometerbereich und andererseits aus einem Fasersubstrat mit Zwischenräumen im Mikrometerbereich. Während Prof. Mecke in der MPL molekulare Gasdynamik anwendet, simuliert Prof. Rüde das Wasser im Fasersubstrat mit einer Erweiterung der Lattice-Boltzmann Methode für freie Oberflächen und poröse Medien. Diese Simulationen müssen die unterschiedlichen Eigenschaften von neuen und geschädigtem Material berücksichtigen. | Projektleitung:
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V., Stuttgart
Beteiligte:
Dr.-Ing. Stefan Donath, M.Sc.(hons.), Prof. Dr. Ulrich Rüde, Prof. Dr. Klaus Mecke, Dipl.-Phys. Christian Goll, Dr. Thomas Zeiser
Laufzeit: 1.1.2008 - 31.3.2011
Förderer:
Europäische Kommission
Mitwirkende Institutionen:
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR), Stuttgart, Germany
Chalmers University of Technology, Göteborg, Sweden
Commissariat à l'Energie Atomique (CEA), Grenoble, France
DANA Sealing Products - Victor Reinz, REINZ-Dichtungs-GmbH, Ulm, Germany
Adam Opel GmbH, Rüsselsheim, Germany
European Commission, DG Joint Research Centre, Institute for Energy (JRC-IE), Petten, Netherlands
SGL Technologies GmbH, Meitingen, Germany
SOLVAY Solexis S.p.A., Bollate, Italy
Volvo Technology AB, Göteborg, Sweden
Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW), Ulm, Germany
Kontakt:
Donath, Stefan
| | Publikationen |
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| Feichtinger, Christian ; Götz, Jan ; Donath, Stefan ; Iglberger, Klaus ; Rüde, Ulrich: waLBerla: Exploiting Massively Parallel Systems. Erlangen : FAU. 2008 (08-2). - Interner Bericht. 20 Seiten | | Donath, Stefan ; Götz, Jan ; Bergler, Silke ; Feichtinger, Christian ; Iglberger, Klaus ; Rüde, Ulrich: waLBerla: The Need for Large-Scale SuperComputers. In: Wagner, S. ; Steinmetz, M. ; Bode, A. ; Brehm, M. (Hrsg.) : High Performance Computing in Science and Engineering Garching-Munich 2007 (Third Joint HLRB and KONWIHR Status and Result Workshop Garching 03.12.-04.12.2007). Berlin Heidelberg : Springer, 2008, S. 459-473. - ISBN 978-3-540-69181-5 | | Donath, Stefan ; Feichtinger, Christian ; Pohl, T. ; Götz, Jan ; Rüde, Ulrich: Localized Parallel Algorithm for Bubble Coalescence in Free Surface Lattice-Boltzmann Method. In: Sips, H. ; Epema, D. ; Lin, H.-X. (Hrsg.) : Euro-Par 2009 (Euro-Par 2009 Delft 25.--28.08.2009). Berlin Heidelberg : Springer, 2009, S. 735-746. (Lecture Notes in Computer Science Bd. 5704) | | Donath, Stefan ; Feichtinger, Christian ; Pohl, Thomas ; Götz, Jan ; Rüde, Ulrich: A Parallel Free Surface Lattice Boltzmann Method for Large-Scale Applications. In: Biswas, R. (Hrsg.) : Parallel CFD 2009, 21st International Conference on Parallel Computational Fluid Dynamics, May 18-22, 2009, Moffett Field, CA, USA, pp. 198-202 (21st International Conference on Parallel Computational Fuid Dynamics Moffett Field, CA, USA 18.05.--22.05.2009). 2009, S. 198-202. | Donath, Stefan ; Mecke, Klaus ; Rabha, S. ; Buwa, Vivek ; Rüde, Ulrich: Verification of Surface Tension in the Parallel Free Surface Lattice Boltzmann Method in waLBerla. In: Computers and Fluids 45 (2011), Nr. 1, S. 177-186
[doi>10.1016/j.compfluid.2010.12.027] |
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