Elektrochemische Energiewandlung in Brennstoffzellen und Elektrolyseuren

Die Arbeitsgemeinschaft Brennstoffzellen und Elektrolyse am KIT, IAM-ET beschäftigt sich mit der Charakterisierung und Modellierung von Brennstoffzellen und Elektrolyseuren auf verschiedenen Skalen. Ziel der Untersuchungen ist das Verständnis der in der Zelle ablaufenden Prozesse sowie die Korrelation dieser mit dem Zell- und Stackdesign, mikrostrukturellen Kenngrößen und Betriebsparametern. Im Fokus stehen Tests von Zellen, Wiederholeinheiten und Stacks unter systemnahen Bedingungen wie auch im System selbst. Aktuell werden Hochtemperatur-Festelektrolytzellen (SOC: Solid Oxide Cell) wie auch Polymerelektrolytmembran-Zellen (PEMFC, PEMEL) untersucht. Zur messtechnischen Auflösung der in den Zellen ablaufenden Prozesse kommen stationäre und dynamische Messmethoden zum Einsatz. Für ergänzende Untersuchungen stehen operando Gasanalytik, strukturelle, mikroskopische und tomographische Verfahren zur Verfügung. Die Modellierung erfolgt auf unterschiedlichen Ebenen – von räumlich aufgelösten 3D-Modellen poröser Elektroden über homogenisierte 0 und 1D Elektroden- und Zellmodelle, 2 und 3D FEM Modelle für Zellen und Stacks bis hin zu Modellen für auf Systemebene. In der Modellierung steht die experimentell basierte Parametrierung im Zentrum, die Impedanzanalyse über die Verteilungsfunktion der Relaxationszeiten und physikochemische Ersatzschaltbilder liefern Modellstruktur und Modellparameter zur Beschreibung von Transportprozesse und elektrochemische Reaktionen in der Zelle.