Aufbau und Charakterisierung eines alkalischen regenerativen Brennstoffzellensystems für die Raumfahrt

Die Energieversorgung ist ein wichtiges Subsystem bei der Auslegung von Raumfahrzeugen. Die gegenwärtig verfügbaren Technologien zur Energiespeicherung sind jedoch in ihrer Energiedichte begrenzt. Regenerative Brennstoffzellensysteme (RFCS) bieten eine Möglichkeit, die Energiedichte zu erhöhen und damit bei gleicher gespeicherter Energiemenge, die Systemmasse zu verringern. Ein RFCS besteht aus einer Brennstoffzelle und einem Elektrolyseur. Im Elektrolyseur wird Wasser unter Aufwendung elektrischer Energie in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten. Die Gase werden in Tanks gespeichert und anschließend der Brennstoffzelle zur Rückverstromung zugeführt. Das entstehende Wasser wird erneut für die Elektrolyse verwendet. Die Dissertation befasst sich mit dem Aufbau und der Charakterisierung eines geschlossenen alkalischen RFCS für den Einsatz in der Raumfahrt. Es werden die theoretischen Grundlagen alkalischer Brennstoffzellen und Elektrolyseure und deren Zusammenführung zu einem RFCS erläutert. Im Folgenden werden die Kriterien für den Einsatz in der Raumfahrt herausgearbeitet und erstmals Methoden zur Schließung der Stoffkreisläufe vorgestellt. Der experimentelle Aufbau eines Testsystems und die Optimierung der eingesetzten Brennstoffzelle werden beschrieben. Die Leistungsfähigkeit des aufgebauten RFCS wird anhand der zuvor erarbeiteten Kriterien in verschiedenen Tests überprüft. Abschließend erfolgen die Bewertung und die Extrapolation der Ergebnisse.