Untersuchungen zur Entwicklung eines Mikrobrennstoffzellensystems basierend auf der Dampfreformierung von Methanol und einer HT-PEM-Brennstoffzelle

Im Rahmen der Arbeit werden Untersuchungen zur Entwicklung eines Mikrobrennstoffzellensystems auf Methanolbasis, welches eine elektrische Leistung von 30 W aufweist und als Hybridsystem mit einem Akkumulator die Energieversorgung eines Golf-Caddies gewährleisten soll, vorgestellt. Das Mikrobrennstoffzellensystem basiert auf der Kombination eines kompakten Dampfreformers für Methanol und einer Brennstoffzelle des Typs HT-PEM (High Temperature – Proton Exchange Membrane). Das Gesamtsystem wird auf Basis von strukturierten Blechfolien aufgebaut, die mittels Hydroforming hergestellt werden. Die Folien werden zu einem Wärmeübertrager gefügt, der sämtliche Prozessströme intern führt. Die Untersuchungen sind in drei Themenschwerpunkte gegliedert, die direkt mit dem Ansatz, umgeformte Blechfolien im gesamten System zu verwenden, in Verbindung stehen. Das erste Themengebiet beinhaltet die thermodynamische Auslegung der Prozesse mit Hilfe von Systemsimulationen und die Konzeption eines thermisch integrierten Brenngaserzeugers, der wie die Mikrobrennstoffzelle auf umgeformten Edelstahlfolien basiert. Dabei werden die Prozesse zur Herstellung eines wasserstoffreichen Gases durch eine geeignete Schnittstelle kompakt mit der Brennstoffzelle kombiniert. Ein weiterer Schwerpunkt liegt auf der Verifikation des entwickelten kompakten Brenngaserzeugers im Versuch. Dabei werden unterschiedliche Katalysatorbeschichtungen für den Reformer auf ihre Eignung für das System geprüft. Mit Hilfe des durchgeführten Versuchsprogramms werden Betriebspunkte für die Kopplung des Brenngaserzeugers mit der Mikrobrennstoffzelle identifiziert. Die Einflüsse unterschiedlicher Systemparameter auf die Qualität des Synthesegases werden diskutiert und bewertet. Im dritten Themenschwerpunkt, den Untersuchungen zur Entwicklung einer Mikrobrennstoffzelle, ergibt sich durch das gewählte Grundkonzept mit umgeformten Edelstahlblechen als Basis die Notwendigkeit, die Korrosionsstabilität metallischer Bipolarplatten in Dauerläufen und Zyklen zu untersuchen. Zudem wird die Verifikation des Bipolarplattenkonzepts anhand von Versuchen an Einzelzellen und 20-Zellen-Stapeln vorgestellt.