Brennstoffzellen-Stapeln bei multiphysikalisch-chemischer Beanspruchung in Nutzfahrzeugen

Brennstoffzellen-Stapel unter hochkomplexer, multiphysikalischer Belastung testen und verstehen

Wohl eine der größten Herausforderungen für Wirtschaft und Gesellschaft im 21. Jahrhundert sind erweiterte Maßnahmen zum Klimaschutz sowie zur CO2-Reduktion. Ein wichtiger Beitrag hierzu ist die Elektromobilität, die sich zunehmend auf die Elektrifizierung von Lkw und Nutzfahrzeugen (Nfz) ausrichtet. Die Bereitstellung von elektrischer Energie mit Wasserstoff-Brennstoffzellen einen vielversprechenden Lösungsansatz. Dazu werden sogenannte Niedertemperatur-Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzellen (NT-PEM-BZ) in einem Stapel zusammengefasst. Der mobile Einsatz dieser BZ-Stapel in Nfz ist hochkomplexen, multiphysikalischen (mechanisch, thermisch und elektrisch) und chemischen Beanspruchungen ausgesetzt. Über die überlagerten Einflüsse dieser Beanspruchungen auf die Sicherheit und die Systemzuverlässigkeit des BZ-Stapels ist bisher nur wenig bekannt. Da aktuell BZ-basierte Antriebe bei Nfz nur als Prototypen vorliegen, die erforderliche Betriebsdauer gegenüber Pkw aber mehr als dreimal länger ist, spielt die zuverlässige und effiziente Gestaltung dieser Systemlösungen für eine schnelle und nachhaltig erfolgreiche Überführung in die breite Anwendung eine essenzielle Rolle. Dafür sind jedoch erweiterte und neue Analyse- und Bewertungsverfahren notwendig, die eine kosten- und zeiteffiziente sowie sichere und zuverlässige Gestaltung von BZ-Stapeln für Nfz ermöglichen.

Entwicklung von Analyse-, Bewertungs- und Testverfahren für alle Abschnitte der Brennstoffzellen-Wertschöpfungskette

Im Vorhaben multiPEM werden Analyse-, Bewertungs- und Testverfahren entwickelt, die zur Beherrschung des komplexen Beanspruchungszustands von NT-PEMBZ in Nfz beitragen und damit deren Sicherheit und Zuverlässigkeit verbessern. Hierbei werden erstmals die Auswirkungen der überlagerten multiphysikalischchemischen Beanspruchungen betrachtet und in für die Anwendung relevante Methoden transferiert.

Schwerpunkte sind:

• Entwicklung von Testabläufen und Testbedingungen zur Untersuchung von Schwingungs- und Schadstoffeinflüssen
• Entwicklung von Methoden zur zerstörungsfreien Zustandsbewertung mittels Hochenergie Computer-Tomographie und Magnetfeldsensorik
• Mikrostrukturanalytik und methodische Systemzuverlässigkeitsbewertung