Beitrag zur Entwicklung eines kompakten HT-PEM-Brennstoffzellensystems mit einem Methanol-Dampfreformer

Die in dieser Arbeit durchgeführten Untersuchungen sind ein Beitrag zur Entwicklung eines kompakten Brennstoffzellengesamtsystems mit einer elektrischen Nettoleistung bis 300 Wel, bestehend aus einem Methanol-Dampfreformer gekoppelt mit einem HT-PEMFC-Stack. Aufbauend auf den separaten Voruntersuchungen eines Methanol-Dampfreformers und eines Brennstoffzellen-Stacks mit einer elektrischen Nettoleistung von 30 Wel werden beide Komponenten zu einem Gesamtsystem zusammengefügt und der gekoppelte Systembetrieb untersucht. Die Ergebnisse dieses Systembetriebs bilden die Basis für die Optimierungen des verfahrenstechnischen Konzepts, der Prozessgasführung und zur Verbesserung der Stabilität des Systembetriebs. Den Schwerpunkt dieser Arbeit bilden die Versuche an den HT-PEMFC-Einzelzellen. Die Grundlage für das Versuchsprogramm ist das vorher ermittelte Betriebsprofil des gekoppelten Systems. Der Fokus der Untersuchungen liegt auf der Identifikation der für einen dauerhaften Betrieb optimalen Betriebsbedingungen (wie Betriebstemperatur, Stromdichte, Stöchiometrie und Synthesegaszusammensetzung) sowie der Bestimmung und Reduzierung der im Betrieb auftretenden Degradationseffekte. Neben der Untersuchung der Degradation bei den optimalen Betriebsbedingungen wird in dieser Arbeit auch die Degradation während der weiteren Systemzustände (Start- und Stopp-Phase) ermittelt. Dazu werden mehrere, an einen realistischen Betrieb des Systems angelehnte, Betriebszyklen durchfahren. Anhand der gewonnenen Versuchsdaten werden eine Bewertung des Einflusses der Betriebsbedingungen auf die Leistung durchgeführt sowie Maßnahmen zur Reduzierung der Degradation im Systembetrieb vorgeschlagen.