MA – Konzeptstudie für hochintegrierte Brennstoffzellensysteme

Das Prinzip einer Brennstoffzelle (BZ) ist mittlerweile hinreichend bekannt. In weiten Bereichen der Wissenschaft und Industrie wird die Brennstoffzelle jedoch immer noch auf die Ebene des nackten Brennstoffzellenstacks reduziert. Tatsächlich benötigt der Stack jedoch umfangreiche Peripherie, um sicher betrieben werden zu können:

• ein Kühlsystem mit den dafür notwendigen Pumpen, Schläuchen und Verbindern
• ein H2-Subsystem mit Rezirkulationspumpe, Wasserstoffdruckstufen und -injektoren
• ein Luft-Subsystem mit Luftkompressor, Luftfiltern, Verbindern, Wärmetauscher
• die BZ-Steuerung mit umfassender Sensorik für Gaskonzentrationen, Temperatur, Leistung, Feuchtegrad
• BZ-Sicherheitssysteme für die Überwachung und kontrollierte Abschaltung

Insbesondere für kostensensitive, aber auch für gewichts- und bauraumsensitive Anwendungen wie im Luftfahrtbereich ist die Art und Weise, wie BZ-Systeme heute aufgebaut und die einzelnen Komponenten miteinander verbunden werden, in keinster Weise zielführend. Im Rahmen dieser Arbeit sollen Ideen und Konzepte entwickelt werden, wie sich der Systemintegrationsgrad, insbesondere durch eine höhere funktionale Integration und unter Ausnutzung moderner Fertigungsverfahren wie beispielsweise dem 3D-Druck, drastisch erhöhen lässt. Dazu sind anhand einer Referenzleistungsklasse „100 kW“ zunächst die wesentlichen technischen Randbedingungen zusammenzustellen. Diese umfassen insbesondere die für eine thermische Auslegung relevante Parameter wie Verlustleistungen, Temperatur- und Druckniveaus, Volumenströme, etc., aber auch Materialanforderungen (Medienkompatibilitäten, Dichtigkeit, etc.). Darauf aufbauend sind Konzepte zu entwickeln, wie sich möglichst viele der oben gelisteten Teilkomponenten zu höher integrierten Subsystemen funktional integrieren lassen. Als erste Anschauungsobjekte zum Stand der Technik (aber nicht unbedingt als Vorbilder) stehen am Fraunhofer IISB zwei moderne Brennstoffzellensysteme zur Verfügung.

WICHTIG: Voraussetzung für die Arbeit ist Kreativität und Erfahrung in mechatronisch/konstruktivem Denken und Arbeiten!

Betreuer: Markus Meindl, Fabian Forster

Für Studienfächer: EEI, Mechatronik

Frühest möglicher Beginn: sofort

Verantwortlicher: Prof. Dr.-Ing. Martin März