IEA AFC Annex 31: Alkaline Direct Ethanol Fuel Cell: Effect of the Anode Flow Field Design and the Setup Parameters on Performance (2022)
Bibliographische Daten
Michaela Roschger, Sigrid Wolf, Kurt Mayer, Matthias Singer und Viktor HackerHerausgeber: MDPI, Energies 15, 19, 2022
Englisch, 16 Seiten
Inhaltsbeschreibung
Für die Bewertung des Einflusses des Strömungsfeldes auf die Leistung wurde ein alkalischer DEFC-Teststand verwendet. Er umfasst ein Sauerstoffsystem, ein Heizsystem für die Ethanollösung und elektronische Geräte. Diese experimentelle Testanlage bietet daher die Möglichkeit, die Betriebstemperatur der Zelle (sowohl für die Anode als auch für die Kathode), die Temperatur der Ethanol-Brennstofflösung, die Durchflussraten für die anodische und kathodische Seite sowie die Möglichkeit, das Sauerstoffgas auf den gewünschten Wert zu befeuchten, zu steuern.
Die Brennstoffzelle besteht aus zwei Endplatten aus Edelstahl mit Kanälen für die Beheizung mit Wasser, zwei Stromabnehmerplatten aus Kupfer (mit einer Teflon-Isolierschicht zwischen der Endplatte und der Stromabnehmerplatte), zwei Strömungsfeldplatten aus Graphit sowie der Abdichtung und der Membranelektrodeneinheit.
Die Strömungsfelder werden durch Fräsen der gewünschten geometrischen Struktur in die bipolaren Graphitplatten hergestellt. Ein Thermoelement (1 mm unterhalb des Strömungsfeldes) wurde ebenfalls in die Strömungsfeldplatte eingebaut, um die Temperatur so genau wie möglich zu messen.
Die Modellierungs- und Simulationsdaten sowie die Polarisationsmessungen zeigten, dass das neue Design die wichtigen Parameter für eine gleichmäßige Strömungsverteilung und eine optimierte Zufuhr der Rekatanden vereint. Es zeigt eine bessere Leistung als das bisher verwendete Modell, mit einer maximalen Leistungsdichte von 18,3 W/m2 bei RT.
Die Untersuchung des Einflusses der Temperatur auf die Leistung zeigte, dass der Einfluss der Strömungsfeldstruktur auf die Leistung umso geringer ist, je höher die Temperatur in der Zelle ist. Des Weiteren konnte festgestellt werden, dass sich die horizontale Ausrichtung (mit der Anode oben) der Zelle positiv auf die Leistung auswirkt, im Gegensatz zur DMFC, bei der eine vertikale Ausrichtung bevorzugt wird.