Effizienzsteigerung durch die Verwendung einer Turbine im Brennstoffzellensystem

Der Fachbeitrag beleuchtet die Effizienzsteigerung von Brennstoffzellensystemen für mobile Anwendungen durch die Integration einer Turbine im Kathodenluftverdichter. Der elektrisch angetriebene Verdichter ist der größte Nebenverbraucher im Brennstoffzellensystem, und die Kopplung mit einer Turbine kann dessen Leistungsaufnahme signifikant reduzieren. Dies führt zu einer Steigerung des Gesamtwirkungsgrads und der Leistungsdichte der Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzellen (PEM-BZ). Die Auslegung der Nebenaggregate und der Betriebsstrategie erfolgt mithilfe der statistischen Versuchsplanung, um den maximalen Systemwirkungsgrad bei gleichzeitiger Erfüllung spezifischer Randbedingungen zu erreichen. Besondere Aufmerksamkeit wird der Turbinenauslegung und der Variabilität der Turbinengeometrie geschenkt, um den Systemwirkungsgrad im relevanten Betriebsbereich zu maximieren. Zudem wird der Einfluss der Verdichteranzahl auf die Systemeffizienz untersucht, wobei ein großer Verdichter im Vergleich zu zwei kleinen Verdichtern Vorteile in Bezug auf Wirkungsgrad und Leistungsaufnahme zeigt. Der Beitrag schließt mit einer Zusammenfassung der Ergebnisse und der herausgearbeiteten Optimierungspotenziale für Brennstoffzellensysteme in mobilen Anwendungen.