Bei der permanenten Versorgung von Raumfahrzeugen mit elektrischer Energie ist in der Regel eine Energiespeicherung erforderlich. Regenerative Brennstoffzellensysteme (RFCS) stellen eine Möglichkeit zur Speicherung großer Energiemengen dar. Ziele der vorliegenden Arbeit sind Aufbau, Test und Optimierung einer alkalischen Brennstoffzelle für ein RFCS für die Raumfahrt, die Zusammenführung eines Elektrolyseurs und einer Brennstoffzelle in einem geschlossenen RFCS, die Erprobung des Gesamtsystems und der Vergleich der Ergebnisse mit bisherigen Arbeiten. Zunächst wird auf den Aufbau, die elektrochemischen und thermodynamischen Grundlagen und die Eigenschaften einer alkalischen Brennstoffzelle sowie des Elektrolyseurs eingegangen. Die Zusammenführung der beiden Aggregate zu einem RFCS und die Besonderheiten hinsichtlich Betrieb und Speichermethoden werden dargestellt. Anschließend wird auf die raumfahrtspezifischen Auslegungskriterien eines RFCS eingegangen. Danach werden der Testaufbau und die darin eingesetzte alkalische Brennstoffzelle beschrieben. Durch Optimierung wird das Betriebsverhalten der Brennstoffzelle verbessert und beim Wirkungsgrad der Stand der Technik erreicht bzw. zum Teil sogar überschritten. Die Machbarkeit der zyklischen Energiespeicherung wird experimentell nachgewiesen. Verglichen mit anderen Arbeiten zum Thema RFCS werden sehr gute Wirkungsgrade und erstmals eine teilweise Schließung der Stoffkreisläufe erzielt. Ein Vergleich mit realen Einsatzszenarien zeigt jedoch, dass sowohl für terrestrische als auch für Raumfahrtanwendungen eine Steigerung der Zyklenzahl und der Lebensdauer um ein bis zwei Größenordnungen unerlässlich ist.
Aufbau und Charakterisierung eines alkalischen regenerativen Brennstoffzellensystems für die Raumfahrt
2014
142 Seiten, Bilder, Tabellen, 143 Quellen
Theses
German
GWLB - Gottfried Wilhelm Leibniz Bibliothek | 2014
|