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

Teilthema:
Erforschung von Kühlsystemen für Brennstoffzellen, funktionale Oberflächenstrukturierung und Charakterisierung

07/2019 – 04/2022

Wärmetauscher Sachsen GmbH
Fischer GmbH
CeWOTec gGmbH
Professur Mikrofertigungstechnik der Technischen Universität Chemnitz
Professur Alternative Fahrzeugantriebe an der Technischen Universität Chemnitz

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.

Forschungsschwerpunkt der Professur Mikrofertigungstechnik stellt die Erarbeitung von Strategien zur funktionsgerechten Kühlung von Brennstoffzellen dar. Wesentliches Ziel wird hierbei die funktionale Gestaltung und Auslegung von Verdampfungs- und Kondensationszonen sowie die Auswahl geeigneter Verfahren für die Oberflächenmodifikation von Bipolarplatten darstellen. Zur Validierung der Erkenntnisse führt die Professur Mikrofertigungstechnik Experimente zur Wärmeübertragung an strukturierten und beschichteten Oberflächen sowie Analysen zur Übertragbarkeit anforderungsgerechter Oberflächenstrukturen vom Umformwerkzeug auf die Bipolarplatten durch.