View/Open - JUWEL - Forschungszentrum Jülich

2.2 Quasi eindimensionaler (Q1D-) Modellansatz 23
1000
Betriebsparameter:
Spannung [mV]
900
800
700
600
500
400
300
200
100
0
x O2 =5% 10% 21% 40% 80% 100%
0,0 1,0 2,0 3,0 4,0
Stromdichte [A/cm²]
aktive Fläche: 18 cm²
Flow-Field-Struktur:
Anode: Mäander
Kathode: Mäander
MEA (Katalysator Platin):
Belegung Anode: 0,4 mg/cm²
Belegung Kathode: 0,6 mg/cm²
Druck: 2 bar (abs.)
Stöchiometriefaktor:
Anode: λ = 1,1
Kathode: λ = 2 (Gaszusammensetzung
variiert)
relative Feuchte (Zelleintritt):
Anode: 100%
Kathode: 100%
Zelltemperatur: 70 °C
Flächenwiderstand:
0,14-0,19 Ωcm²
Bild 2.7: Vergleich der Messdaten mit den Simulationsrechnungen des quasi eindimensionalen Modells
(Symbol: Experiment, Linie: Q1D-Modell)
Ein Vergleich zwischen beiden Modellansätzen zeigt unter Verwendung des quasi eindimensionalen
Ansatzes für den Bereich der hohen Stromdichten bei geringen Sauerstoffkonzentrationen
eine deutlich bessere Übereinstimmung zwischen berechneten und experimentellen
Werten. In Bild 2.8 ist dieser Bereich fokussiert. Die berechneten Kennlinien folgen dem Verlauf
der Messdaten im diffusionskontrollierten Bereich zufrieden stellend. Die maximale Abweichung
von rund 31 mA/cm² zwischen gemessenem und experimentellem Wert gleicher Spannung
findet sich wiederum bei der Kennlinie mit einem Sauerstoffmolenbruch von 5 %. Die mittlere
Abweichung der drei Kennlinien mit geringer Sauerstoffkonzentration ( x =5 %, 10 %, 21 %)
beträgt 12 mA/cm². Dies entspricht im Vergleich zu dem Modellansatz aus Kapitel 2.1 einer
Verringerung der Abweichungen um 57 %. In Tabelle 2.3 sind die Korrelationskoeffizienten der
drei Kennlinien mit geringer Sauerstoffkonzentration für beide Ansätze gegenübergestellt.
O 2
Tabelle 2.3: Korrelationskoeffizienten der Kennlinien mit geringer Sauerstoffkonzentration
Sauerstoffmolenbruch
Korrelationskoeffizient
erweiterter 1D-Ansatz Q1D-Ansatz
nach [60]
5 % 0,988 0,995
10 % 0,995 0,999
21 % 0,998 0,999