Brennstoffzellensysteme stehen in vielen Anwendungsbereichen vor der Markteinführung oder behaupten sich bereits erfolgreich im Markt: im Kraftfahrzeugbereich, bei Hausenergieversorgungsanlagen (KWK-Systeme), bei netzunabhängigen Stromversorgungen, Notstromversorgungen und bei Batterieladegräten.
Das ZSW entwickelt seit 20 Jahren Brennstoffzellensysteme für die verschiedensten Anwendungen. Zur Systementwicklung gehören die Systemplanung, die simulationsunterstütze Systemauslegung, der Aufbau von Prototypen und deren Charakterisierung und Qualifizierung. Der Leistungsbereich der bisher entwickelten Systeme reicht von wenigen Watt bis 50 Kilowatt.
Der Einsatzbereich umfasst:
Zusätzlich unterstützt das ZSW Industriepartner mit der Erprobung und Qualifizierung von Systemkomponenten, mit Sicherheitsbewertungen, Packaging-Studien und bei der Produktzertifizierung.
Übersicht über 20 Jahre Entwicklungen im Systembereich:
Für Brennstoffzellensysteme verfügt das ZSW über Modellierungstechniken, die einen herausragenden Ansatz zur Systemoptimierung und –vereinfachung liefern. Wir können im Hinblick auf stationäre und instationäre Systemzustände modellmäßige Vorhersagen ermitteln und damit in iterativen Prozessen ein optimiertes System entwickeln und im Kundenauftrag aufbauen.
Beispielhaft können folgende Themenstellungen bearbeitet werden:
Stationäre Zustände werden am ZSW mit dem Programm Ipse-Pro simuliert, welches eine umfassende Modellierung auch komplexer Systeme erlaubt und so eine genaue vergleichende Beurteilung verschiedener Systemkonzepte ermöglicht.
Desweiteren erolgen Untersuchungen zur Dynamik von Brennstoffzellensystemen. In diesem Fall führen wir die Simulation bevorzugt mit der Software Matlab-Simulink durch.
Lesen Sie auch Kapitel Modellierung und Simulation.
Die meisten Brennstoffzellen werden mit Wasserstoff betrieben. Wasserstoff bietet viele Vorteile, hat aber (derzeit noch) die Nachteile, dass er ein aufwändiges Speichersystem benötigt und noch nicht überall verfügbar ist und eine mittlere volumetrische Energiedichte aufweist.
Flüssige Brennstoffe wie Methanol oder Ethanol sind aufgrund ihres hohen volumetrischen Energieinhaltes und der einfachen Speicherung von großem Interesse. Sie können über einen chemischen Prozess (Reformierung mit anschließender Eduktaufbereitung) in ein wasserstoffreiches Gas umgewandelt werden, das als Brennstoff für Brennstoffzellen geeignet ist.
Erdgas und Flüssiggas sind kostengünstig flächendeckend erhältlich und können über einen ähnlichen Reformierungsprozess ebenfalls in für Brennstoffzellen geeignetes wasserstoffreiches Gas transformiert werden.
Das ZSW entwickelt hochkompakte Reformer für Methanol und baut integrierte Reformer-Brennstoffzellensysteme für Methanol, Ethanol, Erdgas und weitere Brennstoffe. Ebenso wie bei Wasserstoff-Brennstoffzellensystemen gehören die umfangreiche Systemplanung, die simulationsunterstütze Systemauslegung und der Aufbau und die Charakterisierung von Prototypen zum Leistungsspektrum.