Research Unit H: Innovative photonische Sensoren zur Zustandsüberwachung von Brennstoffzellen

Die interne Temperatur, die Feuchte und der Partialdruck der Betriebsgase sind wesentliche Einflussfaktoren für die Effizienz und Lebensdauer einer PEMFC. Diese Parameter müssen im optimalen Betriebsbereich gehalten werden, um eine ausreichende Protonierung und Protonenleitfähigkeit der Membran zu gewährleisten. Übermäßig hohe Temperaturen, eine Überflutung der Strömungskanäle durch Kondenswasser oder eine Austrocknung der Membran wirken sich negativ auf die Effizienz und Lebensdauer der Brennstoffzelle aus. Insbesondere in Fahrzeugen unter dynamischer Belastung kann die Membran in einen gefährlichen Betriebszustand geraten, was die Lebensdauer verkürzt. Ziel dieses Teilprojekts ist die Entwicklung elektrisch isolierender und chemisch inerter optischer Sensoren mit schneller Reaktionszeit zur in-situ Messung relevanter Parameter an der Membran-Elektroden-Einheit (MEA) oder im Zulaufkanal unter Einsatz innovativer Kompressoren.

Dieses Teilprojekt H ist ein interdisziplinäres Querschnittsteilprojekt mit dem Ziel, anwendungsspezifische optische Messtechnik für die Hauptteilprojekte A, D und E bereitzustellen. Die optischen Fasersensoren werden in dem Teilprojekt A zur minimalinvasiven Mehrpunkt-Temperatur-, Feuchte- und Gaskonzentrationsmessung eingesetzt, um molekulare Alterungs- und Regenerationsprozesse des Katalysators an der MEA zu untersuchen. Im Teilprojekt D dienen die Fasersensoren der Erkennung thermischer Hotspots in einem PEMFC-Stack, insbesondere durch die schnelle Reaktionszeit der Fasersensoren unter realen Betriebsbedienungen. Die spektroskopische Gasanalyse mit Diodenlasern wird im Teilprojekt E verwendet, um die schnelle Gasanalyse im Zulaufkanal zu ermöglichen.

Das Projekt wird am Polymer Optical Fiber Application Center (POF-AC) durchgeführt.