Lebensdauerprognose von Brennstoffzellen

Brennstoffzellen werden schon seit vielen Jahren als eine Alternative zu Batterien in der Elektromobilität beworben. Aber auch als Notstromaggregate und KWK-Anlage für Wohnhäuser gibt es inzwischen einige Anwendungen mit positivem Ergebnis.

Ein großes Problem von Brennstoffzellen stellt immer noch die Lebensdauer dar, welche massiv von der Betriebsweise abhängt. Wegen mangelnder Erfahrung ist es auch nicht einfach, die Ergebnisse von beschleunigten Alterungstests auf die zu erwartende Lebensdauer in realen Anwendungen umzusetzen. Deshalb sind Modelle zur Abschätzung der Lebensdauer erforderlich.

Ziele des Projektes sind die Entwicklung zweier Lebensdauerprognosemodelle, die zur Sicherstellung konsistenter Ergebnisse gegenseitig überprüft werden, und die experimentelle Überprüfung mit Hilfe von Projekt- und Industriepartnern, die ihre realen Messdaten und Ergebnisse zur Verfügung stellen. Folgende Ziele sollen im Projekt erreicht werden und zu einer möglichst genauen Lebensdauerprognose für Brennstoffzellen führen:

• Ein physikalisch-chemisches Modell, welches eine dreidimensionale Auflösung bietet, sodass bei Lebensdauerende lokalisiert werden kann, wo in der Zelle der zum Versagen führende Alterungsprozess aufgetreten ist. Dabei soll das Modell aus Widerständen aufgebaut werden, welche die einzelnen physikalischen Komponenten beschreiben. Die Gegenspannungen und thermischen Modelle sollen durch entsprechende Gleichungen im Modell hinterlegt werden.
• Ein ereignisbasiertes Modell, wonach der Lebensdauerverlust nach Ereignissen auf Grundlage der Betriebsfestigkeitsmethoden ermittelt wird. Dabei werden die Lastkollektive durch Zählverfahren der Betriebsfestigkeit geordnet und über die Häufigkeiten aufgetragen, wodurch man eine Schädigungslinie ähnlich einer Wöhlerkurve bzw. Gaßnerlinie bekommen sollte.
• Ein Gesamtmodell, welches einem nach Einlesen von Daten und Betriebsarten angibt, welche Lebensdauer die Brennstoffzelle noch zu erwarten hat.

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