Charakterisierung des Einflusses komplexer dreidimensionaler Strömungen in mikrofluidischen Brennstoffzellen auf deren Energiedichte und Brennstoffausnutzung

• Antragsteller: Professor Dr. Christian Joachim Kähler
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 220176835

Mikrofluidik-Brennstoffzellen (MFC) sind neuartige miniaturisierte membranlose Brennstoffzellen, in denen Brennstoff und Oxidationsmittel ohne turbulente Durchmischung nebeneinander strömen. Aufgrund ihres hohen Zukunftspotenzials in wichtigen Industriezweigen (Handys, PDAs, klinische Diagnosegeräte) ist ihre Optimierung und die Verbesserung ihrer Leistung eine weltweite Herausforderung. Eine Möglichkeit, die Energiedichte und Brennstoffausnutzung auf effektive und kostengünstige Weise zu steigern, ist die Ausnutzung von 3D-Strömungen, welche auch Geschwindigkeitskomponenten senkrecht zur Hauptströmungsrichtung aufweisen. Die Wirksamkeit dieses Konzeptes konnte in einfachen Konfigurationen bereits erfolgreich nachgewiesen werden. Eine systematische Analyse der Phänomene, die eine verbesserte Leistung und Zuverlässigkeit versprechen, steht jedoch noch aus. Im beantragten Projekt sollen daher die Fortschritte bei den volumetrischen Strömungsmessmethoden genutzt werden, um die Auswirkungen von 3D-Strömungen in MCFs systematisch zu untersuchen. Besonders vielversprechend sind hierbei gekrümmte Kanäle, die einfach zu fertigen sind und einen großen Bereich unterschiedlicher 3D-Strömungen aufweisen. Um die Auswirkungen der Strömung auf die Leistung der MFCs gezielt bewerten zu können, sollen folgende wissenschaftliche Fragestellungen schrittweise beantwortet werden: (i) Wie wirkt sich die Stärke der Sekundärströmungen auf die Stromausbeute und die Kraftstoffausnutzung aus? (ii) Welche Rolle spielt die Form und Position Grenzfläche zwischen Brennstoff und Oxidationsmittel? (iii) Können komplexe maßgeschneiderte 3D-Strömungen verwendet werden, um die Leistung von MFCs signifikant zu steigern?

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen