View/Open - JUWEL - Forschungszentrum Jülich

58 3 Messaufbauten und Messmethoden
Flussdichteanteil ist ausschließlich durch die Stromdichte innerhalb der Brennstoffzelle bedingt
und dient der Rekonstruktion der Stromdichteverteilung nach Gleichung 3.10. Die Genauigkeit
der Absolutmessung beruht wesentlich auf der Simulation des magnetischen Feldes der
Kurzschlussbrücke sowie auf einer unveränderten Lage der Stromschienen bei beiden
Messungen.
Die Berechnung des von der Kurzschlussbrücke erzeugten Magnetfeldes ist derzeit noch zu
ungenau für die Rekonstruktion von Absolutrekonstruktionen. Die in Kapitel 4.3.2 vorgestellten
Ergebnisse beschränken sich daher auf Differenzrekonstruktionen.
3.6 Widerstandsmessung
Der im Betrieb der Brennstoffzelle vorherrschende flächenbezogene Ohmsche Anteil der
Überspannungen wird mit Hilfe von Abschaltmessungen ermittelt. Ein elektronischer Schalter
schaltet während des Brennstoffzellenbetriebs die elektrische Last im Bereich von wenigen Mikrosekunden
ab. Ein Oszilloskop zeichnet den zeitlichen Verlauf der resultierenden Spannungsantwort
der Brennstoffzelle auf. Der zeitlich unverzögerte Anteil des Spannungssprungs U ist
direkt proportional zu den Ohmschen Verlusten. Bei bekannter Stromdichte i folgt der Flächenwiderstand
R ~ aus dem Ohmschen Gesetz
~ U
R =
i
UV
UV
Gl. 3.15
3.7 Messung des Tropfenaustrags aus der Strömungsstruktur
Sind die Reaktandengase mit Wasser gesättigt, kann Produktwasser in flüssiger Form anfallen.
Der Austrag des flüssigen Wasser aus der Zelle beziehungsweise aus dem Zellstapel ist notwendig,
um einer Verstopfung der Strömungsstrukturen und der dadurch bedingten Inaktivierung
elektrochemisch aktiver Bereiche vorzubeugen.
Der Wasseraustrag aus einer Brennstoffzelle wird beispielsweise durch
- das Aspektenverhältnis und die Radien der Kanalgeometrie
- die Oberflächenspannung und Rauhigkeit des Bipolarplattenmaterials
- die Fließgeschwindigkeit und den Druckverlust in der Strömungsstruktur
beeinflusst.
Der Einfluss der Fließgeschwindigkeit und des Druckverlustes in der Strömungsstruktur auf den
Wasseraustrag wird an den vorhandenen Flowfielddesigns (siehe Kapitel 3.1) untersucht. Eine
Halbzelle, bestehend aus einer Plexiglas-Bipolarplatte mit der zu untersuchenden Strömungsstruktur,
einer Dichtung sowie einer befeuchteten Diffusionsschicht, wird zwischen zwei Plexiglasplatten
verspannt. An verschiedenen Stellen in dem Flowfield werden Wassertropfen eingebracht.
Ein Durchflussregler regelt den Luftvolumenstrom, der durch die Halbzelle strömt. Der
Durchfluss wird so lange erhöht, bis durch die Plexiglasplatten der Tropfenaustrag beobachtet
wird. Die Fließgeschwindigkeit und die Druckdifferenz zwischen Zellenein- und –austritt in