Für die Marktchancen von Brennstoffzellenfahrzeugen ist der Kaltstart von großer Bedeutung. Eine Versuchsanlage zur Prüfung der Kaltstartfähigkeit von PEM-Brennstoffzellen wurde von den Autoren entwickelt und ausführlich beschrieben. Mit ihr konnten Temperaturverteilung und Stromdichteverteilung gleichzeitig gemessen werden. Die Brennstoffzelle befand sich in einer Klimakammer und war mit je 16 über die quadratische Fläche verteilten Sensoren für Temperatur und elektrische Spannung versehen, wobei sich die Temperaturfühler im Kathodenströmungsfeld und die Resistoren in der Anode befanden. Für die kontrollierte Zufuhr von Gasen und destilliertem Wasser war die Brennstoffzelle an eine Teststation FCAT S-800 angeschlossen. Man ging von einem gelungenen Kaltstart bei minus 5 Grad C Umgebungstemperatur und einem misslungenen Kaltstart bei minus 10 Grad C aus. Beim Kaltstart befindet sich die höchste Stromdichte anfangs am Eingangsbereich des Strömungskanals, von wo sie langsam in den Ausgangsbereich wandert. Fast die Hälfte des Stroms wird im Eingangsbereich produziert, während der mittlere Bereich die höchste Dauerhaftigkeit aufweist. Auch die stärkste Wärmeentwicklung wandert vom Eingangbereich zur Mitte hin. Kennzeichnend für einen gelungenen Kaltstart ist, dass diese Wärme ausreicht, um die Ansammlung von Eis und flüssigem Wasser zu vermeiden. Für die Schätzung der Dauer einer vollständigen Durchströmung und Kondenswasserbeseitigung wurde eine mathematische Formel entwickelt, in die folgende Parameter als relevant aufgenommen wurden: Wassergehalt in der Membran und in den Ionomeren von Anode und Kathode (Katalysatorschicht), jedoch lediglich Dampfkonzentration in den Poren von Anode und Kathode (Katalysatorschicht), in den Poren von Anode und Kathode (Gasdiffusionsschicht) sowie in den Strömungskanälen von Anode und Kathode.
Simultaneous measurement of current and temperature distributions in a proton exchange membrane fuel cell during cold start processes
Gleichzeitige Messung von Stromdichteverteilung und Temperaturverteilung in einer PEM-Brennstoffzelle beim Kaltstart
Electrochimica Acta ; 56 , 8 ; 2967-2982
2011
16 Seiten, 16 Bilder, 4 Tabellen, 44 Quellen
Article (Journal)
English
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