Produktions- und Struktur-optimiertes Metall-Strömungsfeld für Bipolarplatten (ProStroM)

Um einen serienmäßigen Einsatz der Polymer-Elektrolyt-Membran-Brennstoffzelle (PEMFC) in mobilen Anwendungen zu erzielen, muss die PEM-Brennstoffzelle unter anderem einen effizienten und leistungsstarken Betrieb ermöglichen. Das Projekt „ProStroM“ zielt mit einem neuen Ansatz für die Optimierung der Strömungsstrukturen von Bipolarplattenmodulen auf die Steigerung des Wirkungsgrads bzw. der Leistungsdichte ab. Hierzu werden metallische dreidimensionale Strömungsstrukturen verwendet, welche unter Berücksichtigung leistungsbestimmender Größen gezielt für eine hohe Leistungsdichte optimiert und für eine massenfertigungstaugliche Produktion entwickelt werden sollen.

Der Schwerpunkt am IAM-ET liegt auf der elektrochemischen in-situ Charakterisierung und Modellierung der im Projekt entwickelten 3D-Strömungsstrukturen (i) an kleinflächigen Wiederholeinheiten sowie (ii) an segmentierten Zellen. Die Arbeiten umfassen die Analyse und Qualifizierung (i) lokaler, strömungsfeldbedingte Verluste sowie (ii) des Verlaufs lokaler Größen und deren Einfluss auf die Verteilung von Stromdichte und Verlustprozessen in der Stackebene. Dabei kommen messtechnische Verfahren wie die elektrochemische Impedanzspektroskopie zum Einsatz, wodurch der Einfluss der leistungslimitierenden Prozesse und Flüssigwassermechanismen ermittelt und in einem elektrochemischen Zellmodell berücksichtigt werden können. Die am IAM-ET erzielten Ergebnisse werden zur Bewertung im Projekt entwickelter Strömungsstruktur-Varianten herangezogen und fließen in die Optimierung dieser ein.