Die Arbeiten galten der Entwicklung eines Mikrobrennstoffzellensystems, das eine elektrische Nettoleistung von 30 W aufweisen soll und als Hybridsystem in Verbindung mit einem Akkumulator einen Golf-Caddy mit Energie versorgen soll. Als Brennstoff dient Methanol, das zunächst durch Dampfreformierung in ein wasserstoffreiches Synthesegas umgewandelt wird und dann einer HT-PEM-Brennstoffzelle zur Strom- und Wärmeerzeugung zugeführt wird. Für die Systemkonzeption wurde zunächst eine Wärmeintegrationsanalyse für die notwendigen Prozesse Reformierung, Verdampfung, katalytische Verbrennung und Konditionierung des Reformats zur Verstromung in der Brennstoffzelle durchgeführt. Die abgeleitete Systemverschaltung berücksichtigt die regelungs- und wärmetechnischen Aspekte. Die für die Verdampfung und Reformierung erforderliche Enthalpie kann durch katalytische Verbrennung des Brennstoffzellenabgases bereitgestellt werden. Die Simulation ergibt für das Gesamtsystem einen elektrischen Bruttowirkungsgrad von 32,2 %. Wegen der guten Wärmeübertragung und kompakten Bauweise wurde ein Mikrokanalreaktor für die Dampfreformierung ausgewählt. Für den Reformer wurde ein kupfer- und ein edelmetallbasierter Katalysator getestet. Der kupferbasierte Katalysator zeigte eine unzureichende Stabilität. Die Edelmetallkatalysatorbeschichtungen zeigten sowohl im Brenner als auch im Reformer keine Ablösung und waren auch nach 130 h Betrieb und 15 Kaltstarts noch stabil. Der Edelmetallkatalysator erreichte durch einen verbesserten Wärmeübergang auch bei dreifach erhöhter Strömungsgeschwindigkeit noch Brennstoffumsätze über 90 %. Dauerversuche über 300 Betriebsstunden mit Einzelzellen mit goldbeschichteten Bipolarplatten aus umgeformten Edelstahlfolien ergaben eine Degradation von 12 %.
Untersuchungen zur Entwicklung eines Mikrobrennstoffzellensystems basierend auf der Dampfreformierung von Methanol und einer HT-PEM-Brennstoffzelle
Investigations onto the development of a micro fuele cell system basing on steam reformation of methanol and a HT-PEM fuel cell
Berichte aus der Verbrennungstechnik ; 30 ; 1-174
2010
174 Seiten, Bilder, Tabellen, Quellen
Theses
German
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