Mit der E-Mobilitätsrevolution stehen OEMs und Hersteller vor ganz neuen Herausforderungen. Neue Akteure und die steigende Nachfrage führen zu wachsenden Portfolios und gleichzeitig zu kürzeren Entwicklungsintervallen. Durch Festbrennstoffzellen (SOFC) und Elektrolyseure kommen mitunter völlig neue Anwendungsbereiche wie Energiespeicher- und Energieerzeugungsanlagen hinzu.
Betrachtet man speziell die Mobilität, zeigt sich der große Vorteil des Einsatzes von Polymere-Elektrolyt-Brennstoffzellen (PEM FC) in Nutzfahrzeugen durch kurze Betankungszeiten und große Reichweiten. Vielversprechend ist die Anwendung in Schiffen, Zügen und auch Flugzeugen.
Es sind zwei große Themen, die die Entwicklung von Brennstoffzellen primär treiben - der Wirkungsgrad und die Alterung der Zellen.
Optimierung des Wirkungsgrads
Grundlegend zeichnet sich das Brennstoffzellsystem durch das Erreichen außerordentlicher Wirkungsgrade aus. Um aber mit Brennstoffzellen auch tatsächlich die maximale Menge elektrischer Energie produzieren zu können, sind mehrere Faktoren ausschlaggebend: Die optimale Nutzung des Zellquerschnitts ebenso wie die optimale Versorgung jeder Zelle im Stapel mit der entsprechenden chemischen Energie.
Lebensdauer verlängern
Besonders herausfordernd ist die Lebensdauer der Brennstoffzellen.
Die chemische und mechanische Degradation kann den Katalysator, aber auch die Membran betreffen und führt von einer Leistungsabnahme bis zum völligen Ausfall der Zelle. Ausschlaggebend dafür sind Betriebsparameter wie Start-Stopp-Zyklen, Spannungen, Membranfeuchte, Temperatur etc. Insbesondere der Start bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt gilt als besonders kritisch. Die Eisbildung in der Membran-Elektroden-Einheit (Electrode Membrane Assembly, EMA) blockiert nicht nur die reaktiven Bereiche, sie führt auch zu einer nachhaltigen Schädigung der Membran.
Die Untersuchung dieser Betriebsparameter lassen sich mit exakten Modellen der Brennstoffzellen virtuell untersuchen. Virtuelle Zwillinge bilden auf Basis der Elektrochemie alle Vorgänge in den Zellen im Detail ab.
- Betrachten Sie den Transport von Kraftstoff und Sauerstoff sowie die elektrochemischen Reaktionsprozesse in der Zelle im Detail
- Optimieren Sie die Versorgung der Zellen im Stapel
- Untersuchen Sie die Alterungsprozesse und testen Sie verschiedene Degradations-Strategien
- Beschleunigen Sie Ihre Entwicklung durch den Einsatz Virtueller Zwillinge im gesamten Entwicklungsprozess
Um ein wirklich effizientes und langlebiges Polymerelektrolyt-Brennstoffzellensystem (PEM) zu entwickeln, müssen Ingenieure Einblicke in die Basis des Systems – die Zelle – haben. Erfahren Sie, wie Sie mit Hilfe von Simulationswerkzeugen und -methoden von Anfang an mit Zielkonflikten umgehen können.
Mit dem Bedarf an nachhaltig produzierter Energie haben Festoxidbrennstoffzellensysteme und Elektrolyseure in der stationären Energieerzeugung ihren festen Platz eingenommen. Ihr Vorteil liegt auf der Hand: Sie sind lokale, gut skalierbare und hoch effiziente Systeme.
Die Mobilitätsrevolution ist in vollem Gange. Dabei geht es nicht nur um die Entwicklung von neuen, nachhaltigeren Antriebssystemen. Vielmehr befindet sich der gesamte Entwicklungsprozess im Umbruch - dabei übernimmt die Simulation die Führung.
Gerade jetzt ist es wichtig, die Herausforderung zu verstehen, vor der jeder von uns - OEM oder Lieferant gleichermaßen - steht, wenn es darum geht, die Grenzen des eigenen Designprozesses und die unserer Ingenieure zu erweitern. Mit der wachsenden Zahl unterschiedlicher Systeme verändern sich Fachbereiche und Teamstrukturen. Wir verstehen das. Auch wir in AVL durchlaufen diese Prozesse, denn wir sind nicht nur Softwareentwickler, wir sind auch Ingenieure und damit Anwender. Unser Wissen setzten wir in intuitiven Workflows, Generators, Wizards und Auswertungen in unserer Software und Projekten um.
