Transparente Brennstoffzelle

(2010 - 2011) In diesem Projekt sollten resonante Sensoren direkt in den Brennstoffzellen-Stack integriert und eine ortsaufgelöste Temperatur- und Gaskonzentrationsmessung ermöglicht. Zusätzlich sollte über eine segmentierte Elektrode die lokale Stromdichte erfasst. Hierdurch soll eine preiswertes in-situ Diagnostik zum optimieren des Betriebsverhaltens von Brennstoffzellen entstehen. Hierzu sollten jeweils Schichten aus Quarz in den Stack integriert und in den Gasbahnen Sensorschichten mit Elektroden aufgebracht werden. Die Auswertung sollte über das Konzept des resonanten Sensors erfolgen.   Dieses Projekt wurde nur geplant, jedoch nicht entgültig umgesetzt. Nach diversen Vorarbeiten wurde das Projekt abgebrochen.

Lokale Gaskonzentrationen

  • Hohe Gasselektivität durch Nutzung resonanter Sensoren
  • Anwenden des Mikrowaagen- und Leitfähigkeitsmodus
  • Temperaturkompensation mit Hilfe des unterschiedlichen Temperaturverhaltens von Grundton und Obertönen
  • Zielgase und Sensorschichtmaterialien
    • Wasserstoff:        In2O3 / SnO2
    • Wasserdampf:    (Ba,Se)TiO3  bis 100 °C Au-dotiertes Fe2O3 bis 400 °C
    • Kohlenmonoxid: Pt-dotiertes SnO2 Au/Co-dotiertes In2O3
    • Sauerstoff:        Pd-dotiertes SnO2

Lokale Temperaturmessung

  • Gleichzeitige Temperaturmessung mit resonanten Sensoren
  • Hohe Temperaturabhängigkeit der Materialparameter des Resonatormaterials
  • Quadratische Temperaturabhängigkeit der Frequenz
  • Unterschiedliches Temperaturverhalten von Grund- und Oberton (vgl. Temperaturkompensation)

Stromdichtemessung

  • Nutzung segmentierter Elektroden
  • Annahme: hohes Verhältniss von Längs- zu Querleitfähigkeit der GDL, daher keine Segmentierung der GDL
  • Ursachen für lokale Stromdichteunterschiede
    • Temperaturgradienten bestimmen lokale Gas- und Flüssigphasengleichgewichte
    • Örtlich variierende Kontakt- und Leitungs-widerstände
    • Herstellungstechnisch bedingte Inhomogenitäten der BZ Komponenten