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Dissertation angenommen durch: Universität Duisburg-Essen, Campus
Duisburg, Fakultät für Ingenieurwissenschaften, Abteilung Maschinenbau,
2004-09-14
BetreuerIn: Prof. Dr. rer. nat. Angelika Heinzel , Universität Duisburg-Essen, Campus Duisburg, Fakultät für Ingenieurwissenschaften, Abteilung Maschinenbau
GutachterIn: Prof. Dr. rer. nat. Angelika Heinzel , Universität Duisburg-Essen, Campus Duisburg, Fakultät für Ingenieurwissenschaften, Abteilung Maschinenbau
GutachterIn: Prof. Dr.-Ing. Klaus Gerhard Schmidt , Universität Duisburg-Essen, Campus Duisburg, Fakultät für Ingenieurwissenschaften, Abteilung Maschinenbau
Schlüsselwörter in Deutsch: Kleine Brennstoffzellen, Zweiphasentransport, Wassermanagement, numerische Strömungssimulation, Diffusion
Schlüsselwörter in Englisch: small fuel cells, diffusion, two-phase flow, water management, computational fluid dynamics
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Abstrakt in Deutsch
Diese Arbeit analysiert das Betriebsverhalten von
Polymer-Elektrolyt-Membran-Brennstoffzellen (PEMFC) im Hinblick auf
einen Einsatz als portable Energiewandler. Insbesondere wird der
Stofftransport in flüssiger und gasförmiger Phase innerhalb der PEMFC
experimentell untersucht. Die während der Reaktion entstehenden
Wassermengen werden bilanziert und der flüssige Wassertransport
innerhalb der Luftverteilerstruktur einer teiltransparenten PEMFC wird
visualisiert. Daneben werden Untersuchung von unterschiedlichen
Gasverteilerstrukturen zur Entwicklung von zwei portablen
PEMFC-Systemen genutzt. Um die in einer PEMFC stattfindenden
physikalischen und elektrochemischen Vorgänge verstehen zu können,
werden zusätzlich numerische Simulationen durchgeführt. Das verwendete
mathematische Modell wurde von der Firma Fluent bereitgestellt. Es
verifiziert ortsaufgelöste Stromdichtemessungen einer PEMFC mit
geraden, parallelen Gaskanälen. Die Berechnungen können damit zur
Optimierung des Betriebsverhaltens von PEMFC-Systemen genutzt werden.
Abstrakt in Englisch
This work analyses the operating performance of
polymer-electrolyte-membrane fuel cells (PEMFC) for the use as portable
energy converter. Especially, mass transport in the liquid and gaseous
phase inside the PEMFC are experimentally examined. Water produced
during the reaction is measured and liquid water transport in the air
flow field of a semi-transparent PEMFC is visualized. Besides this,
investigations of different flow field designs are used to develop two
portable PEMFC systems. To understand the physical and electrochemical
behaviour inside a PEMFC numerical simulations are performed. The used
mathematical model is provided by the company Fluent. It verifies
spatially resolved current distribution measurements of a PEMFC with
straight, parallel gas channels. Thereby, the calculations can be used
for the optimisation of the operating performance of PEMFC systems.
Bemerkungen in Deutsch
Die Dissertation wurde durchgeführt am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE in Freiburg im Breisgau.
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