Das Projekt:

In dem vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderten Projekt SMART.H2 wird die Alterung und Regenerierung von Truck-H2-Brennstoffzellen untersucht. Wasserstoff/Luft-Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzellen (PEM-BZ) bieten ein vielversprechendes Potenzial für den Antrieb von Elektromotoren in Schwerlastfahrzeugen. Im Vergleich zu batterieelektrischen Antriebssystemen weisen PEM-BZ eine längere Laufleistung pro Kraftstoffladung und eine kürzere Tankzeit auf. Darüber hinaus sind sie skalierbar für hohe Motorleistungen und haben einen höheren Systemwirkungsgrad als Verbrennungsmotoren. PEM-FC-basierte Elektromotoren sind frei von lokalen Schadstoff- und Treibhausgasemissionen. Die Alterung und Regenerierung von PEM-BZ zu untersuchen, erhöht nicht nur das Verständnis der zugrundeliegenden Deaktivierungsprozesse unter realistischen Betriebsbedingungen, sondern wird auch helfen, die Lebensdauer der PEM-BZ zu verbessern und somit die die Technologie konkurrenzfähig im Vergleich zu konventionellen Verbrennungsmotoren zu machen.

Der Schwerpunkt des Projekts liegt in der Entwicklung von beschleunigten Alterungstests sowie instrumentell-analytischen und theoretischen Methoden zur Identifikation von kausalen Zusammenhängen zwischen spezifischen Betriebsbedingungen in Schwerlastfahrzeugen und den Degradationsprozessen in Brennstoffzellen. Das Vorhaben verfolgt dabei drei Ziele:

1) Die Entwicklung und der Betrieb eines Laborprüfstands, auf dem Einzelzellen und kleine Stacks bis 2,5 Kilowatt Leistung betrieben und verschiedene Alterungseinflüsse systematisch untersucht werden können. Durch Vergleich mit synchron in Industrieprüfständen durchgeführten Versuchen an Brennstoffzellsystemen von bis zu 100 Kilowatt sollen beschleunigte Alterungstests sowie Regenerierungsmaßnahmen entwickelt werden.

2) Die Entwicklung und der Einsatz eines Verfahrens für die ortsaufgelöste Charakterisierung der Alterung von Brennstoffzell-Membraneinheiten mit dem Ziel, daraus ein Verfahren für das Onboard-Monitoring von Brennstoffzellsystemen im Fahrzeug zu entwickeln.

3) Die Modellierung der Alterung mit Methoden des maschinellen Lernens und die Simulation von Zellen im realen Fahrbetrieb mit dem Ziel der Diagnose von Alterungszuständen im Fahrzeug, einer effizienten Regelung der Zellen im Fahrbetrieb und der Entwicklung von Regenerationszyklen und -verfahren für bereits gealterte Zellen.

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