Modellierung und Simulation von Hochtemperatur ... - JuSER

KAPITEL 2. LITERATURÜBERSICHTter den Kanälen zu erwarten, da die Reaktantenzufuhr dort am schnellsten geschieht. BeiBerücksichtigung des ’in-plane-Widerstands’ der GDL kommt es zu einer Verschiebungder maximalen Stromdichte zum Bereich der Kanalränder. Diese Gebiete bieten den bestenKompromiss zwischen der Weglänge für Elektronen und Reaktanten. Weiterhin wurdein [42] der Einfluss der Leitfähigkeit von Bipolar-Platten auf die Stromdichteverteilung entlangder Strömungsrichtung untersucht. Daraus lässt sich ableiten, dass eine geringereelektrische Leitfähigkeit Potenzialunterschied entlang des Kanals zulässt, was wiederumeine Glättung des Stromdichteprofils verursacht.Noch höhere Ansprüche an die Rechnerkapazität in dreidimensionalen Modellen stellt dieZwei-Phasenströmung und nichtstationäre Modellierung. Sie ermöglicht die Untersuchungvon Effekten durch flüssiges Wasser sowie transiente Effekte beim Lastwechsel, um damiteine vollständige Information in der dreidimensionalen Geometrie zu bieten [43, 44].Solche vollständigen dreidimensionalen Modelle können für die praktische Auslegung vonneuen Designs von großem Nutzen sein. Eine detaillierte Übersicht über weitere PEFC-Modellierungsarbeiten ist unter anderem in [45, 46] zu finden.Die meisten elektrochemischen Modelle sind heute mit CFD Softwarepaketen gekoppelt.Einige von ihnen bieten fertige Module an, während andere wiederum die Möglichkeit bieten,eigene mathematische Modelle zu implementieren. Die am häufigsten verwendetenSoftwarepakete sind Fluent [47], CFX [48], COMSOL Multiphysics [49], STAR-CD [50] undCFD-ACE+ [51]. Eine weitere, vielversprechende Alternative bietet die frei zugängliche SoftwareOpenFoam, die aus flexiblen Modulen besteht und einen unmittelbaren Eingriff in denSource-Code erlaubt [52, 53].KatalysatorschichtmodellierungDie vorgestellten PEFC-Modelle sind bezüglich ihrer Dimension aufgeteilt zwischen ein- ,zwei- oder dreidimensionalen Modellen. Die einzelnen Modelle können dabei jedoch aufunterschiedlichen Ansätzen für die Katalysator-Modellierung basieren. Daraus lassen sichdrei Hauptansätze ableiten: das Agglomerat-Modell, das Diskretes-Volumen-Modell unddas Dünnschichtmodell.Das Agglomeratmodell stellt den höchsten Detaillierungsgrad in der Modellierung der Katalysatorschichtdar [54,55]. Die Katalysatorschicht wird in diesem Zusammenhang als Agglomerationvon vielen einzelnen Clustern modelliert. Diese Cluster bestehen aus KohlenstoffundPlatinpartikeln und sind in das Elektrolyt-Material vollständig eingetaucht. Hierbei sinddie Agglomerate häufig sphärisch geformt. Die erforderlichen Parameter zur Modellierung10