View/Open - JUWEL - Forschungszentrum Jülich

74 4 Auswertung der Messergebnisse
die Verläufe der Spannungs-Stromdichte-Kennlinien der kathodenseitigen Referenzbefeuchtung
von ϕ
Luft
=100 % und einer auf ϕ
Luft
=50 % verringerten Befeuchtung.
1000
Betriebsparameter:
900
aktive Fläche: 244 cm²
800
Flow-Field-Struktur:
Anode: Mäander
700
Kathode: Mäander
MEA (Katalysator Platin):
600
Belegung Anode: 0,4 mg/cm²
Belegung Kathode: 0,6 mg/cm²
500
Druck: 2 bar (abs.)
Spannung [mV]
400
300
200
100
Eintritt Luft (ϕ Luft
=100%)
Eintritt H 2
(ϕ Luft
=100%)
Kanalmitte (ϕ Luft
=100%)
Austritt Luft (ϕ Luft
=100%)
Eintritt Luft (ϕ Luft
=50%)
Eintritt H 2
(ϕ Luft
=50%)
Kanalmitte (ϕ Luft
=50%)
Austritt Luft (ϕ Luft
=50%)
0
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0
Stromdichte [A/cm 2 ]
Stöchiometriefaktor:
Anode: λ = 1,1
Kathode: λ = 2
relative Feuchte (Zelleintritt):
Anode: 100%
Kathode: 50-100%
Zelltemperatur: 70 °C
Flächenwiderstand:
0,16-0,18 Ωcm²
Bild 4.12: Einfluss der Luftbefeuchtung auf lokale Spannungs-Stromdichte-Kennlinien
Beide untersuchten Fälle einer verringerten Reaktandenbefeuchtung weisen einen deutlich erhöhten
lokalen Flächenwiderstand im Bereich des entsprechenden Reaktandeneintritts auf.
Dies kann zu einer beschleunigten Alterung sowie einer Zerstörung der Membran-Elektroden-
Einheit durch lokale Temperaturspitzen führen. Um einer Zellschädigung vorzubeugen, wird
daher für den Betrieb des 5 kW Zellstapel eine Befeuchtung von ϕ ≥ 80 % und ϕ ≥ 80 %
empfohlen.
H 2
Luft
4.3.2 Magnetotomographie
Die im Folgenden beschriebenen Ergebnisse entstanden in Zusammenarbeit mit der Firma
Tomoscience und dem Institut für Numerische Angewandte Mathematik der Universität
Göttingen. Bei den vorgestellten Ergebnissen handelt es sich um die erste vollständig dokumentierte
Visualisierung der Stromdichteverteilung in Brennstoffzellen unter Verwendung der
Magnetotomographiemethode. Die Ergebnisse beschränken sich auf Differenzrekonstruktionen
von Messungen an Einzelzellen.
Die Messungen erfolgen unter Referenzbedingungen bei einem Gesamtstrom von 73,3 A.
Dieser durch den limitierten Sensormessbereich beschränkte Strom entspricht einer mittleren
Stromdichte von 0,3 A/cm². Bei den vorliegenden Messungen dauert die Messwertaufnahme
der magnetischen Flussdichte rund 15 Minuten. Die Berechnung zur Rekonstruktion der Stromdichteverteilung
benötigt ungefähr 1 Minute auf einem 1 GHz Computer mit Intel ® Pentium ® 4
Prozessor. Die Diskretisierung der gesamten Brennstoffzelle inklusive Endplatten sieht ein