Experimental investigation of exergy losses of a PEM fuel cell system

摘要

Objective of this work is the experimental determination of exergy losses of the PEM fuel cell system Nexa from Ballard for different steady-state operating points. After selection of appropriate system boundaries experimental data are substituted into balance equations of the first and second law of thermodynamics. The results are exergy losses due to heat transfer from the stack to the cooling air, due to dissipation of electric power by electronics and due to irreversible electrochemical processes of the stack. These different exergy losses are compared to identify the sub-process with the largest exergy loss and therefore the largest optimization potential. Ziel dieser Arbeit ist es, die Exergieverluste des PEM Brennstoffzellensystems Nexa der Firma Ballard für verschiedene stationäre Arbeitspunkte experimentell zu bestimmen. Zunächst werden geeignete Systemgrenzen für die Bilanzgleichungen des ersten und zweiten Hauptsatzes ausgewählt. In diese werden experimentell gewonnene Daten direkt messbarer Größen eingesetzt. Ergebnisse sind Werte für die nicht direkt messbaren Exergieverluste aufgrund der Wärmeübertragung vom Brennstoffzellenstapel an die Kühlluft, aufgrund der Dissipation von elektrischer Leistung durch elektronische Bauelemente und aufgrund der irreversiblen elektrochemischen Prozesse im Brennstoffzellenstapel. Die verschiedenen Exergieverluste werden verglichen, um herauszufinden, wo die größten Optimierungspotentiale des Systems liegen.