Passive Anodenrezirkulation in PEM-Brennstoffzellensystemen: Verbesserung von Effizienz und Leistung

Autoren

G. Singer, M. Rabensteiner, R. Pinsker, T. Hafner, M. Aggarwal, P. Pertl, HyCentA Research GmbH, Graz; A. Trattner, Technische Universität Graz / HyCentA Research GmbH, Graz:

Jahr

2024

Druckinfo

Eigenproduktion ÖVK

Zusammenfassung

Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellen (PEM-Brennstoffzellen) werden dank ihres hohen Wirkungsgrades und ihrer geringen Treibhausgasemissionen zunehmend für eine saubere Lösung in der Mobilität angesehen. Eine große Herausforderung bei der Verbesserung von PEM-Brennstoffzellensystemen besteht darin, die Effizienz der Anodenrückführung zu erhöhen. Die Verwendung eines Ejektors, der als Strahlpumpe im Anodenrezirkulation fungiert, ist eine effektivere und nachhaltigere Wahl als ein elektrisch betriebenes Gebläse. Ejektoren sind langlebiger, energieeffizienter und wartungsfrei. Die Entwicklung eines Ejektors, der eine ausreichende Wasserstoffrezirkulation über alle Betriebsbereiche in einem PEM-Brennstoffzellenstapel gewährleistet, ist jedoch komplex. In dieser Studie wird ein innovativer zweistufiger Nadelejektor vorgestellt, der die Wasserstoffversorgung und -rezirkulation für einen Stack-Lastbereich von 6 % bis 100 % effizient zur Verfügung stellt. Bei der Entwicklung und Optimierung dieses Ejektors wurde ein umfassender Ansatz verfolgt, der grundlegende Thermodynamik, CFD, Design of Experiments-Optimierung, Prototyping und experimentelle Tests umfasst. Darüber hinaus wird für den Ejektor ein fortschrittliches additives Fertigungsverfahren eingesetzt - HP Multi Jet Fusion mit Polyamid 12. Durch diese Wahl wird die Masse des Ejektors um über 90% und der gesamten Ejektor-Rezirkulationseinheit um mehr als 70 % reduziert, was vor allem bei Automobilanwendungen von Vorteil ist. Zusammenfassend trägt diese Forschung zur Industrialisierung der PEM-Brennstoffzellentechnologie bei, indem sie einen neuen Standard für die Leistung und die Gewichtsreduzierung des Ejektors setzt.

ISBN

978-3-9504969-3-2

DOI

https://doi.org/10.62626/ob5b-45kd