Radikale Reform für die Modellierung von Brennstoffzellen
PEMFC sind komplexe nichtlineare Systeme. Neue Diagnosewerkzeuge sind erforderlich, um ihre Haltbarkeit und Effizienz zu verbessern und um Kosten und die erforderliche Entwicklungszeit zu senken. Das EU-finanzierte Projekt PUMA MIND (Physical bottom up multiscale modelling for automotive PEMFC innovative performance and durability optimization) entwickelte starke mathematische Modelle, um die Gestaltung und Verbesserung solcher Werkzeuge zu unterstützen. Um Modelle und Werkzeuge zu entwickeln, befassten sich die Projektpartner zunächst mit dem fehlenden Verständnis des Zellbetriebes als Multiskalensystem von der Material- bis zur Systemebene. Dadurch erweiterten sie ihr Wissen zum Zusammenspiel des Multiskalensystems und seiner Auswirkungen auf die PEMFC-Leistung und Langlebigkeit. Speziell bietet dieser Satz von Simulationswerkzeugen ein besseres Bewusstsein für die Beziehung zwischen Mechanismen auf verschiedenen Skalen hinsichtlich Arbeitskatalysator, Elektrochemie, Transportmechanismen und ihrer relativen Auswirkung auf das gesamte Zellverhalten bei realen Automobilanwendungsbedingungen. Die Forscher entwickelten robuste, dynamische mathematische Modelle, die für Befehls- und Kontrollzwecke verwendet werden sollten und gleichzeitig prädiktive Fähigkeiten bieten. Die meisten Modelle wurden im Rahmen der Experimente getestet, um die Anwendbarkeit von handelsüblichen Komponenten und Katalysatoren zu gewährleisten. Für die Experimente wurden die für die Herstellungstechnologie der Membranelektrodenmontage geeignetsten Katalysatoren verwendet. Die Innovationen von PUMA MIND werden voraussichtlich die Anzahl von Experimenten und damit die Kosten, die derzeit benötigt werden, um klassische empirische Modelle mit begrenzten Vorhersagefähigkeiten zu schaffen, reduzieren. Sie ermöglichen eine bessere Ausrichtung von experimentellen Charakterisierungen in repräsentativen Bedingungen von Endbenutzeranwendungen. Sie werden auch zu neuen Betriebsstrategien führen, die den Leistungsabbau und die Strategien reduzieren, um die Stabilität der Materialien und Komponenten zu verbessern. Die im Rahmen von PUMA MIND an PEMFC gewonnenen Erkenntnisse sollen dazu beitragen, Europa weltweit an die Spitze der Brennstoffzellen- und Wasserstofftechnologien zu führen.
Schlüsselbegriffe
Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellen, PUMA MIND, Multiskalenmodellierung
