Modellierung in der Elektrochemischen Verfahrenstechnik, Forschungszentrum Jülich, IEK-14: Elektrochemische Verfahrenstechnik.
Institutsleiter
Univ.-Prof. Dr. rer. nat. Werner Lehnert
Studienrichtungen
Energietechnik, Verfahrenstechnik
Schwerpunkte
Modellierung und Simulation von Brennstoffzellen, Entwicklung von Hochtemperatur-Polymerelektrolyt-Brennstoffzellen (HT-PEFC)
Forschungsschwerpunkte
Brennstoffzellen stehen heute in mehreren Bereichen an der Schwelle zur Markteinführung. Die drei wesentlichen Säulen des Fortschritts sind heute die Materialtechnik, die elektrochemische Mechanismenforschung sowie Modellierung und Simulation.
Durch Modellierung und Simulation wurde es möglich, die komplexen Wechselwirkungen innerhalb der Brennstoffzellen besser zu verstehen. Die Spanne der Modelle reicht von der Beschreibung grundlegender Aspekte der Elektrochemie bis hin zu der Beschreibung von Gesamtsystemen. Wesentliche Effekte, die in den verschiedenen Komponenten einer Brennstoffzelle eine Rolle spielen sind Stoff-, Wärme- und Ladungstransport. Diese sind gekoppelt mit elektrochemischen Reaktionen. Der Schwerpunkt der Arbeiten liegt zum einen in der Aufklärung von grundlegenden physikalisch/chemischen Zusammenhängen insbesondere in den mikroporösen Strukturen der Zellen. Zum anderen besteht die Herausforderung, die dort gewonnenen Erkenntnisse in den Bereich der Zell- und Stackmodellierung zu transferieren. Die hieraus folgenden Modelle zur makroskopischen Beschreibung von Zellen und Stacks werden benötigt, um die Auslegung von Stacks durch Simulationen zu unterstützten.
Die Schwerpunkte sind:
- Modellierung und Simulation von Brennstoffzellen auf Stack- Zell- und Zellkomponentenebene. Auf der Zellkomponentenebene werden Lattice-Boltzmann Methoden zur Beschreibung von Stofftransporteffekten in porösen Medien entwickelt. Im Bereich der Zell- und Stackebene wird neben dem kommerziellen CFD-Tool Fluent verstärkt das Open Source Tool OpenFOAM eingesetzt.
- Entwicklung von HT-PEFC (Hochtemperatur-Polymerelektrolyt-Brennstoffzellen) Stacks bis 5kWel für den Betrieb mit Wasserstoff bzw. wasserstoffhaltigem Reformat. Die Auslegung von Zellen und Stacks sind Schwerpunkte der Arbeiten.
- Entwicklung von Elektroden und Membran-Elektroden-Einheiten (MEA) für HT-PEFCs. Die Elektroden werden im Rakelverfahren hergestellt und anschließend getestet.
Kontakt
Forschungszentrum Jülich GmbH
Institut für Energie und Klima- und Klimaforschung
IEK-14: Elektrochemische Verfahrenstechnik
Modellierung in der elektrochemischen Verfahrenstechnik
Wilhelm-Johnen-Straße
52428 Jülich
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