Untersuchung des Hochtemperaturbrennstoffzellenstapels unter realen Betriebsbedingungen durch Finite-Elemente-Modellierung

Die Simulation der oxidkeramischen Hochtemperaturbrennstoffzelle stellt ein umfangreiches Forschungsfeld dar. Innerhalb der Arbeit wird sich auf die Modellierung des elektrochemisch aktiven Bereiches des Zellstapels mit Hilfe von Homogenisierungsansätzen konzentriert. Einen Schwerpunkt der Modellentwicklung bilden Strömungsprozesse in komplexen Gasleitungsstrukturen wie zum Beispiel hochporöse Schäume, welche den Einsatz allgemeiner Theorien der Strömung durch poröse Medien notwendig machen. Im Sinne einer robusten und schnellen Simulation Zusammenhang werden die Bilanzgleichungen durch stabilisierte numerische Methoden behandelt. Umgesetzt sind die Bilanzgleichungen und sinnvolle Vereinfachungsannahmen durch Quellcode-Programmierung innerhalb der Finite-Elemente-Bibliothek DiffPack. Diese allgemeine Formulierung der mathematischen Gleichungen ermöglicht die Analyse innovativer Design- und Betriebskonzepte im Feld der Brennstoffzellenentwicklung durch die Simulation. Studiert werden Mechanismen der Gasverarmung unter realen Strömungsbedingungen, Merkmale des adiabaten Brennstoffzellenbetriebes und der Einfluss thermischer Umgebungsbedingungen. Abschluss der Betrachtungen bildet ein Modellabgleich mit experimentellen Ergebnissen.