Modellierung der Gasdiffusionslage in Brennstoffzellen

Ziel dieses Projektes, einer Zusammenarbeit des Instituts für Stochastik mit dem ZSW (Zentrum für Solar- und Wasserstoffforschung) in Ulm, ist eine detaillierte Analyse der Gasdiffusionslage (GDL) in Brennstoffzellen. Dieses Projektes wurde Ende 2006 ins Leben gerufen.

Die Brennstoffzellentechnologie stellt einen effizienten Weg dar, um Wasserstoff in Elektrizität umzuwandeln. Dies erlaubt es, Ölprodukte als Energieträger in z.B. Automobilen oder U-Booten zu ersetzen.

Eine der Schlüsselkomponenten einer Brennstoffzelle ist die GDL. Die GDL ist einerseits für den Transport des Wasserstoffs und des Sauerstoffs zu den Elektroden verantwortlich, wo die elektrochemische Reaktion stattfindet. Auf der anderen Seite hat sie die Aufgabe, entstandenes Wasser abzuleiten. Wichtig ist hierbei, nicht das gesamte Wasser abzuleiten, da Wasser für die Leitfähigkeit der Membran essentiell ist. Jedoch führt zuviel Wasser in der GDL zu einer Verstopfung der Poren, was wiederum den Gasfluss begrenzt. Somit ist das Gleichgewicht zwischen Wasserabtransport und Wasserspeicherung der Schlüssel zu einer hohen Leistungsfähigkeit. Zusätzlich agiert die GDL als Leiter für die erzeugte Elektrizität. Zum besseren Verständnis der physikalischen Prozesse innerhalb der GDL und für die Optimierung ihres Designs werden mit Hilfe der stochastischen Geometrie strukturelle Modelle erstellt. Diese Modelle bilden die Grundlage unserer Forschungsaktivitäten. Es werden verschiedene physikalische, strukturelle und statistische Kenngrößen berechnet, die helfen, ein besseres Verständnis für die Vorgänge in Brennstoffzellen zu erlangen.

Die Forschungsaktivitäten von Prof. Schmidt und Ralf Thiedmann sind in das BMBF-Netzwerk "Röntgen- und Neutronenbasierte Untersuchungsmethoden für PEM-Brennstoffzellen" eingebettet, im Rahmen der Förderinitiative "Netzwerke Grundlagenforschung erneuerbare Energien und rationelle Energieanwendung" (Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)).

Aktuelle Diplomarbeitsthemen aus diesem Projekt finden Sie hier.

Ansprechpartner: Prof. Schmidt, Prof. Spodarev, Malte Spiess und Ralf Thiedmann

Original Mikroskopaufnahme einer GDL
Original Mikroskopaufnahme einer GDL
Realisierung eines GDL-Modells
Realisierung eines GDL-Modells
Kontaktverteilungsfunktionen Original/Modell
Kontaktverteilungsfunktionen Original/Modell

Modellierung der Gasdiffusionslage in Brennstoffzellen

Ziel dieses Projektes, einer Zusammenarbeit des Instituts für Stochastik mit dem ZSW (Zentrum für Solar- und Wasserstoffforschung) in Ulm, ist eine detaillierte Analyse der Gasdiffusionslage (GDL) in Brennstoffzellen. Dieses Projektes wurde Ende 2006 ins Leben gerufen.

Die Brennstoffzellentechnologie stellt einen effizienten Weg dar, um Wasserstoff in Elektrizität umzuwandeln. Dies erlaubt es, Ölprodukte als Energieträger in z.B. Automobilen oder U-Booten zu ersetzen.

Eine der Schlüsselkomponenten einer Brennstoffzelle ist die GDL. Die GDL ist einerseits für den Transport des Wasserstoffs und des Sauerstoffs zu den Elektroden verantwortlich, wo die elektrochemische Reaktion stattfindet. Auf der anderen Seite hat sie die Aufgabe, entstandenes Wasser abzuleiten. Wichtig ist hierbei, nicht das gesamte Wasser abzuleiten, da Wasser für die Leitfähigkeit der Membran essentiell ist. Jedoch führt zuviel Wasser in der GDL zu einer Verstopfung der Poren, was wiederum den Gasfluss begrenzt. Somit ist das Gleichgewicht zwischen Wasserabtransport und Wasserspeicherung der Schlüssel zu einer hohen Leistungsfähigkeit. Zusätzlich agiert die GDL als Leiter für die erzeugte Elektrizität. Zum besseren Verständnis der physikalischen Prozesse innerhalb der GDL und für die Optimierung ihres Designs werden mit Hilfe der stochastischen Geometrie strukturelle Modelle erstellt. Diese Modelle bilden die Grundlage unserer Forschungsaktivitäten. Es werden verschiedene physikalische, strukturelle und statistische Kenngrößen berechnet, die helfen, ein besseres Verständnis für die Vorgänge in Brennstoffzellen zu erlangen.

Die Forschungsaktivitäten von Prof. Schmidt und Ralf Thiedmann sind in das BMBF-Netzwerk "Röntgen- und Neutronenbasierte Untersuchungsmethoden für PEM-Brennstoffzellen" eingebettet, im Rahmen der Förderinitiative "Netzwerke Grundlagenforschung erneuerbare Energien und rationelle Energieanwendung" (Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)).

Aktuelle Diplomarbeitsthemen aus diesem Projekt finden Sie hier.

Ansprechpartner: Prof. Schmidt, Prof. Spodarev, Malte Spiess und Ralf Thiedmann

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