AiF-FV-Nummer 53

Entwicklung von mit Mikrogasmesstechnik gekoppelten massenfertigungstauglichen Referenzelektroden zur Gewährleistung des sicheren Betriebs von PEM-Brennstoffzellen-Systemen

Status & Laufzeit

Abgeschlossen: 01.04.2020 bis 31.03.2023

Forschungsstellen

  • Zentrum für BrennstoffzellenTechnik gGmbH
    Carl-Benz-Str. 201, 47057 Duisburg
    http://www.zbt-duisburg.de/

  • Institut für Mikro- und Informationstechnik der Hahn-Schickard-Gesellschaft für angewandte Forschung e.V.
    Wilhelm-Schickard-Straße 10, 78052 Villingen-Schwenningen
    http://www.hsg-imit.de

Zusammenfassung

Im geplanten Forschungsvorhaben SAFEREF wird eine Sensortechnik zur frühzeitigen und zuverlässigen Detektion zellschädigender, auf lokalem Wasserstoffmangel basierender Betriebsbedingungen von Polymer-Elektrolyt-Membran-Brennstoffzellen (PEMFC) entwickelt. Dazu werden in die MEA Dynamische-Wasserstoff-Referenzelektroden (DHE) integriert sowie eine Anoden-Sensor-Einheit (ASE) zur Charakterisierung der Eigenschaften des Gasgemisches im Rezirkulationszweig der Anode entwickelt. Ergänzend wird ein Algorithmus zur Auswertung der Sensorsignale und zur optimalen Steuerung des PEMFC-Systems erarbeitet. Die DHE werden in Dünnschichttechnik auf flexiblem Trägermaterial hergestellt. Die Entwicklung erfolgt dabei ausgehend von aus einzelnen Pt-Drähten hergestellten DHE (als Referenzbaugruppe). Mit der ASE sollen die Gasparameter Druck, Temperatur, Durchfluss und Konzentration gemessen werden. Schwerpunkt der Entwicklung ist ein auf MEMS basierender Temperaturleitfähigkeitssensor zur korrelativen Ermittlung der Gaszusammensetzung aus verschiedenen physikalischen Gasparametern. Die entsprechenden Messwerte gehen in die dynamische Adaptierung des Gaskonversionsfaktors zur Korrektur des Strömungssignals des ebenfalls zu entwickelnden thermischen Massenstromsensors ein, um eine erhöhte Messgenauigkeit des Gasmengenstroms zu erzielen. Zudem wird ein leicht in bestehende PEMFC-Systeme integrierbares Gehäuse unter Berücksichtigung der thermischen und strömungstechnischen Anforderungen entwickelt. Alle Entwicklungsschritte werden auf Funktionalität und Langzeitstabilität hin überprüft. Mittels der zu entwickelnden, kostengünstigen Sensor- und Steuerungstechnik soll bei einer optimalen Wasserstoffausnutzung insbesondere die Lebensdauer und damit die Wirtschaftlichkeit von PEMFC-Systemen erhöht werden. Die KMU profitieren direkt als Zulieferer für die mit DHE- und ASE-Messtechnik ausgestatteten MEAs, aber auch indirekt als Zulieferer für weitere PEMFC-Komponenten.

Förderhinweis

Das Forschungsvorhaben der Forschungsvereinigung Umwelttechnik wird / wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

Dokumente