Simulation einer Hochtemperatur-PEM-Brennstoffzelle

Die Erfüllung zukünftiger Emissionsgrenzwerte und die Kundenwünsche nach geringem Kraftstoffverbrauch, Komfort und Leistung stehen bei der Entwicklung von neuen Dieselmotoren im Vordergrund. Die Kombination der Vorteile des Otto- und Dieselbrennverfahrens zu hybriden Brennverfahren gilt hierfür als ein viel versprechender Ansatz. Der Emissionsvorteil der homogenen Gemischbildung im Ottomotor soll mit der verbrauchsgünstigen Kompressionszündung des Dieselmotors kombiniert werden.
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der CFD-Simulation der von der Volkswagen AG entwickelten Hochtemperatur-PEM-Brennstoffzelle. Dabei wird ein bereits publiziertes Simulationsmodell herangezogen, welches für den vorliegenden Brennstoffzellentyp adaptiert wird. Einen Schwerpunkt der Arbeit bildet die Quantifizierung aller benötigten Simulationsparameter, insbesondere die Bestimmung der Kinetikdaten für die Elektrodenreaktionen. Die Gültigkeit von Modellgleichungen und Parametersatz wird zunächst anhand von Einzeleffekten nachgewiesen. Im Anschluss daran wird die Simulation auf ein reales Brennstoffzellendesign angewendet und validiert. Dabei werden einige Optimierungsansätze aufgezeigt.

Bastian Schaar erlangte im Februar 2004 das Fachhochschuldiplom Maschinenbau an der Fachhochschule Braunschweig/Wolfenbüttel. Im Anschluss daran wurde er externer Doktorand am Zentrum für Ingenieurwissenschaften der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg und beschäftigte sich im Rahmen seiner Promotion mit der Simulation von Brennstoffzellen in der Konzernforschung der Volkswagen AG. Derzeit ist er als technischer Sachbearbeiter in der Brennstoffzellenforschung der Volkswagen AG tätig.