Modellierung und Simulation von Hochtemperatur ... - JuSER

2.2. ZELLMODELLIERUNGLeitfähigkeit durch die Phosphorsäure erhalten. Daher kann auf die Befeuchtung der Gaseverzichtet werden. Der Wasseranteil in der Phosphorsäure spielt zwar eine Rolle, ist jedochnicht von primärer Bedeutung und kann im ersten Modellansatz vernachlässigt werden [64].Die ersten mathematischen Modelle für die HT-PEFC sind auf Cheddie et al. [65] zurückzuführen.Die simulierte Kennlinie zeigt dabei gute Übereinstimmungen mit den experimentellenKennlinien. Weiterführende Arbeiten derselben Autorengruppe führten zu einerkontinuierlichen Verbesserung der HT-PEFC-Modelle. In [66] wurde die Gaslöslichkeit inder Phosphorsäure-dotierten PBI-Membran sowie die Blockierung des Katalysators durchdie Phosphorsäure untersucht. Als wichtige Ergebnisse dieser Untersuchung können zumEinen die signifikanten Transportlimitierungen aufgrund der erschwerten Diffusion durchdie Phosphorsäure und anderseits die Nutzung von lediglich 1 % der Katalysatoroberflächeaufgeführt werden.Das semi-analytische Modell [67] dagegen ermöglicht die Umwandlung des bisherigenAgglomerat-Modells in ein Dünnschichtmodell sowie die Kopplung mit der kommerzielenCFD Software, wodurch die Rechneranforderungen stark reduziert werden. Zudem zeigendie Ergebnisse der Polarisationskurve und der Speziesverteilung eine gute Übereinstimmungmit denen aus dem detaillierten dreidimensionalen Modell [68].Ein zweidimensionales Agglomerationsmodell für isothermale Betriebsbedingungen wirdvon Sousa et al. [69] vorgestellt. Das Modell ermöglicht die Beschreibung aller wichtigenEffekte im Kanal sowie in der MEA. Lediglich die Crossover-Effekte von Gasen durch dieMembran wurden vernachlässigt. Der Zwischenraum zwischen den Agglomeraten ist miteiner Mischung aus dem Elektrolyten und Polytetrafluoroethylene (PTFE) gefüllt. Im Fokusder Untersuchungen standen die Auswirkungen der Katalysatoreigenschaften auf die Zellleistung.Ähnlich wie in [66] wurde festgestellt, dass die effektive Nutzung des Katalysatorssehr gering ist. Das Modell kann hilfreich sein für die Bestimmung des optimalen Gehaltesan Phosphorsäure. Weiterhin wurden im Modell die CO-Vergiftungseffekte mitberücksichtigt.Die gleichen Gruppe von Autoren erweiterte das Modell schließlich für nicht-isothermeBetriebsbedingungen [70]. Die elektrochemischen Gleichungen für das Agglomerations-Modell wurden in die kommerzielle CFD-Software COMSOL implementiert. Im Fokus derUntersuchungen standen Effekte entlang des Kanals und im Kanalquerschnitt. Aufgrunddes zweidimensionalen Modells mussten die Effekte in separaten Geometrien untersuchtwerden. Ein Vergleich zum vorherigen Modell mit isothermalen Betriebsbedingungen ergabjedoch, dass nicht-isotherme Modelle eine höhere Zellleistung vorhersagen. DieserEffekt kann als Folge des Temperaturanstiegs, besonders beim Betrieb in Bereichen höhererStromdichten, betrachtet werden. Darauf aufbauend wurde ein dynamisches, nicht-13