Laufendes Projekt „Innovative Kühlsysteme für Brennstoffzellen“

Titel des Projekts: Innovative Kühlsysteme für Brennstoffzellen (HZwo:FRAME VP1.5)

Teilthema:
Entwicklung von anforderungsgerechten Beschichtungswerkstoffen und -technologien für Bipolarplatten

Laufzeit: 07/2019 – 04/2022
Projektpartner: Wärmetauscher Sachsen GmbH
Fischer GmbH
CeWOTec gGmbH
Professur Mikrofertigungstechnik der TU Chemnitz
Professur Alternative Fahrzeugantriebe der TU Chemnitz
Zusammenfassung: Brennstoffzellen wandeln Wasserstoff durch die exotherme Reaktion mit Sauerstoff in Wasser um, wobei sowohl elektrische Energie entsteht als auch thermische Energie in Form von Wärme freigesetzt wird. Um die für einen zuverlässigen Betrieb eines Brennstoffzellensystems notwendigen, konstanten Betriebstemperaturen bei geringer Baugröße und hoher Leistungsdichte zu gewährleisten, ist eine effektive und zielgenaue Kühlung von zentraler Bedeutung.

Das Ziel des Vorhabens „Innovative Kühlsysteme für Brennstoffzellen“ besteht in der Erforschung und Etablierung einer leistungsfähigen Kühlmethode auf Basis des Phasenübergangs eines Kühlmediums. Hierbei wird der Effekt ausgenutzt, dass für das Verdampfen eine hohe Energie – die Verdampfungsenthalpie – benötigt wird, welche der Brennstoffzelle während des Phasenübergangs entzogen wird und daher in erheblichem Maße zur Kühlwirkung beiträgt.

Zur Erreichung des Ziels sind die Beschreibung und Modellierung der Verdampfungsvorgänge auf der Kühlseite einer Bipolarplatte, die gezielte Gestaltung und messtechnische Charakterisierung anforderungsgerechter Verdampfungszonen sowie deren Herstellung durch innovative Umformprozesse, Mikrofertigungsverfahren und Oberflächenbeschichtungstechnologien wesentliche Forschungsgegenstände. Die Forschungsergebnisse, die in Form eines Forschungsfunktionsmusters umgesetzt werden, tragen damit zum Ausbau des Hochtechnologie- und Wissenschaftsstandorts für Brennstoffzellen und neue Fahrzeugantriebe in Sachsen bei.

Die CeWOTec gGmbH erforscht zum einen die Dünnbeschichtung von Bipolarplatten und zum anderen die Hartstoffbeschichtung von Werkzeugen für die umformtechnische Herstellung von Bipolarplatten. Bei der Realisierung von Dünnbeschichtungen bestehen wesentliche Ziele darin, sowohl eine hohe thermische und elektrische Leitfähigkeit der Bipolarplatten zu gewährleisten als auch selbige effektiv vor Korrosion zu schützen. Innovative Hartstoffbeschichtungen werden den Verschleiß von Umformwerkzeugen reduzieren und für eine minimale Anhaftung des Werkstückes am Werkzeug nach der Formgebung sorgen.

Strömungsprofil des Kühlmediums quer zum Flussfeld der Bipolarplatte

Ein Projekt der Projektinitiative HZwo:FRAME.    Projektträger: Sächsische Aufbaubank


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