Erarbeitung eines Brennstoffzellen-Versuchsstands für das Modul „Electro-chemical Energy Conversion – Fuel Cell Systems“

Abstract

Um Studierenden das thermodynamische Verhalten und die elektrochemischen Zusammenhänge einer PEM-Brennstoffzelle nahezubringen und die Inhalte des Moduls “Electro-chemical Energy Conversion - Fuel Cell Systems” zu vertiefen, wurde in dieser Bachelorarbeit ein Brennstoffzellen-Versuchsstand geplant. Neben einer Beschreibung der Brennstoffzellentechnik, wurde der Einfluss der Temperatur und Gasbereitstellung auf die Zellspannung, sowie der Zusammenhang zwischen Stromstärke und Spannung herausgearbeitet. Dazu wurden Laborversuche vorgeschlagen, mit denen diese Zusammenhänge veranschaulicht dargestellt werden können. Ein flexibler Versuchsstand wurde entworfen, an dem die Versuche durchgeführt werden können. Dazu wurde eine Anforderungsliste angefertigt, welche die nötigen Parameter der Brennstoffzelle, Mess- und Regelungstechnik und der Gasversorgung festlegt. Mit dieser Liste als Grundlage, wurde ein Anlagenschema entworfen und der Versuchsstand technisch ausgelegt. Erste Angebote zu essentiellen Komponenten wurden zu einer groben Kostenanalyse eingeholt und verglichen. Ein Brennstoffzellen-Versuchsstand träg dazu bei, Studierenden eine Intuition für die Prinzipien dieser Zukunftstechnologie zu vermitteln. In dieser Arbeit konnte gezeigt werden, wie solch ein Versuchsstand praktisch umsetzbar und preislich einzuordnen ist.

In this Bachelor’s thesis, a fuel cell test station was designed in order to give students an understanding of the thermodynamic performance and the electrochemical relations of a proton exchange membrane fuel cell, as well as to deepen the content of the module “Electro-chemical Energy Conversion - Fuel Cell Systems”. Alongside a description of fuel cell technology, the influence of temperature and gas supply on the cell voltage and the relation between current and voltage were worked out. For this purpose, laboratory experiments that can illustrate these relations were proposed. A flexible test station, which can accommodate these experiments, was designed. A list of requirements was developed which determines the necessary parameters of the fuel cell, measurement and control technology, and gas supply. A process flow diagram of the station was designed based on this list. First quotations for essential components were obtained, compared, and drafted into a rough cost analysis. A fuel cell test station contributes to providing students with insights into this future technology. In this thesis a possibility to realize such a test station is shown and an estimate of the price is given.