Mikrobrennstoffzellen mit bedarfsgerechter Wasserstofferzeugung

In dieser Arbeit werden der Aufbau und die Arbeitsweise von Mikrobrennstoffzellen mit Wasserstofferzeugung in galvanischen Zellen und Wasserstofferzeugung mit chemischen Hydriden und Anwendungen der Brennstoffzellen beschrieben. Die Entwicklung von Direktmethanolbrennstoffzellen (DMFC) und PEM (Polymer Elektrolyt Membran)-Brennstoffzellen mit gegenüber DMFC deutlich höherer Leistungsdichte sowie die in den letzten Jahren am Fraunhofer IZM durchgeührten Verbundprojekte zur Optimierung kleiner PEM-Brennstoffzellen mit Leistungen zwischen 1 W und 20 W und der bedarfsgerechten Erzeugung von Wasserstoff werden angeführt. Der Aufbau von Mikrobrennstoffzellen als Brennstoffzellenstapel wird erläutert. Die Wasserstofferzeugung in galvanischen Zellen, die Spannungskennlinien einer Metall-Luft-Batterie und Metall-Wasserstofferzeuger mit Brennstoffzelle, die Vorteile des Zink-Brennstoffzellensystems gegenüber Zink-Luft-Batterien sowie die Ausführung und der Energieinhalt von entwickelten Wasserstoffboxen werden beschrieben. Die Wasserstofferzeugung mit chemischen Hydriden, ein geregeltes NaBH4-System mit Flüssigkartusche mit Fluidikmodul und Mikroreaktor zur Wasserstofferzeugung und Optimierung der Reaktorauslegung mit Hilfe numerischer Simulationen sowie ein ungeregeltes NaBH4-System mit Trockenkartusche werden erörtert. Das Gesamt-Brennstoffzellensystem und dessen Regelung, die Bestandteile einer Brennstoffzellen-Minimalkonfiguration, die Arbeitsweise und die Regelung mittels Mikrocontroller des PEM-Brennstoffzellensystems werden erläutert. Als anwendungen der PEM-Brennstoffzelle werden die Stromversorgung einer Acculux Arbeitsleuchte, einer netzunabhängigen Ladestation für mobile Datenerfassungsgeräte und eines Qudrotor-Hubschrauber-Antriebs angeführt.