Zeitschrift für angewandten Maschinenbau

Abstrakt

Die Wirkung der mikroporösen Schicht in einer mit Phosphorsäure dotierten Polybenzimidazol-Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle

Muhammet Çelik, Gülsah Özisik, Gamze Genç und Hüseyin Yapici

Polymerelektrolyt-Brennstoffzellen auf Basis von Polybenzimidazol (PBI), die als Hochtemperatur -Polymerelektrolyt
-Brennstoffzellen (HT-PEMS) bezeichnet werden, arbeiten bei höheren Temperaturen (120–200 °C) als herkömmliche PEM-Brennstoffzellen. Obwohl bekannt ist, dass HT-PEMS einige wesentliche Vorteile haben, wie z. B. keine Befeuchtungsanforderungen für die Membran und das Fehlen von flüssigem Wasser bei hohen Temperaturen in der Brennstoffzelle, führt das infolge der Sauerstoffreduktionsreaktion erzeugte Wasser zur Degradation dieser Systeme. Das erzeugte, in die Membranseite absorbierte Wasser interagiert mit der hydrophilen PBI-Matrix und kann zu einer Schwellung der Membran führen. Daher muss der Wassertransportmechanismus in einer Membran-Elektroden-Einheit (MEA) gut verstanden und der Wasserhaushalt in der MEA berechnet werden. Daher muss der Wasserdiffusionstransport durch den Elektrolyten bestimmt werden. In dieser Studie wird zunächst der Wassergehalt in einer MEA im Fall mit/ohne mikroporöser Schicht (MPL) untersucht. Zweitens wird im Fall mit MPL die Auswirkung der Dicke der mikroporösen Schicht auf das Wassermanagement in der Brennstoffzelle untersucht. Zu diesem Zweck wird eine zweidimensionale Brennstoffzelle mit interdigitiertem Strömungsfeld mithilfe der Software Comsol Multiphysics 4.2a modelliert. Die Betriebstemperatur und der Dotierungsgrad werden auf 180 °C bzw. 6,75 RPU H3PO4/PBI festgelegt. Die Ergebnisse dieser
Arbeit haben gezeigt, dass MPL den Wassergehalt in der MEA erheblich beeinflusst und die H2O-Konzentration in der MEA verringert. Dadurch kann eine Überflutung der MEA verhindert und die Lebensdauer der Zelle erhöht werden.