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Vermeidung von Strom- und Temperaturinhomogenitäten von elektrochemischen Energieumwandlungssystemen

Ref-Nr: TA-13452


Kurzfassung

Während des Betriebes von Batterien, Redox-Flow-Zellen, Doppelschichtkondensatoren oder Brennstoffzellen können durch die inhomogenen Stromverteilung lokale Beschädigungen auftreten.

Bei Brennstoffzellen und Batterien sind Phänomene bekannt, die auf Ströme mit unterschiedlichen Richtungen innerhalb einer Elektrode hindeuten. Problematisch ist durch einen in falscher Richtung fließenden Strom Schaden nehmen.


Hintergrund

Je nach Typ des Energieumwandlungssystems werden unterschiedliche konstruktive Maßnahmen zum Ausgleichen der unerwünschten inhomogenen Stromverteilung unternommen. Brennstoffzellen und Redox-Flow-Zellen werden dahingehend optimiert, dass der Brennstoff an der Elektrode in möglichst gleichmäßiger Konzentration verfügbar ist. Ein Unterschied der Stromdichte von mehr als +/- 15 % in den Segmenten einer Elektrode bei konventionellem Design ist üblich.


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Lösung

Je nach Zielsetzung wird entweder eine Strom- oder Temperaturvergleichsmessung bewirkt, indem mindestens eine der Bipolarplatten, die die einzelnen Zellen miteinander verbinden, ersetzt wird. Die einzusetzende Bipolarplatte besteht aus zwei Hälften, die durch eine Transferplatte miteinander verbunden sind (s. Abb. 1). Dabei wird jedes Segment der Gegenseite verbunden, so dass sich der gewünschte Effekt einstellt. Die Segmente von Brennstoffzellen sind konstruktionsbedingt elektrisch nur schlecht leitend verbunden, so dass sich weitgehend voneinander getrennte Strompfade ergeben. Diese Anordnung zur Beeinflussung des Strompfades kann bei elektrochemischen Energiewandlungssystemen mit vergleichbarem Aufbau angewandt werden, sofern mindestens zwei Zellen hintereinandergeschaltet werden sollen und jede Zelle aus mindestens zwei Segmenten besteht.


Vorteile

  • Höhere Lebensdauer
  • Homogenisierung von Strom und Temperatur bei Brennstoff-, Redox-Flow- und vergleichbaren Zellen auf unter 1% Unterschied der Stromdichte
  • Verbesserung der Brenngasausnutzung, der entnehmbaren Leistung, des Wirkungsgrads
  • Konstruktive Lösung, erfordert nur wenig Eingriff in bisherige Zellenkonstruktion

EZN Erfinderzentrum Norddeutschland GmbH

Dr.-Ing. Tobias Braunsberger
+49 (0) 511 850 308-
braunsberger@ezn.de
www.ezn.de
Adresse
Theaterstraße 2
30159 Hannover



Entwicklungsstand

Prototyp


Patentsituation

  • EP 2 220 271 B1 erteilt

Stichworte

elektronische Energieumwandlungssysteme, Strominhomogenitäten, Temperaturinhomogenitäten, Vermeidung von inhomogenitäten

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Kontakt | Geschäftsstelle

TechnologieAllianz e. V.
Christiane Bach-Kaienburg
(Geschäftsstellenleiterin)

c/o PROvendis GmbH
Schloßstr. 11-15
D-45468 Mülheim an der Ruhr