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Dr. Konstantin Jonas
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konstantin.jonas@carmeq.com

Wissenschaft und Technik

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Wenn Brennstoffzellen altern
Martin Morgenstern

Besonders wenn es um lange Fahrten geht, ist die Brennstoffzelle nach wie vor eine Energiequelle mit Zukunft. Der Maschinenbauingenieur Dr. Konstantin Jonas hat eine Methode entwickelt, wie Alterungsprozesse der Zellen während eines Praxistests mit einer kleinen Fahrzeugflotte ausgewertet werden können.

© H. Goehler; Soll die Brennstoffzelle Zukunft haben,
müssen Tankstellen auch Wasserstoff vorhalten.
© H. Goehler; Soll die Brennstoffzelle Zukunft haben, müssen Tankstellen auch Wasserstoff vorhalten.
Drei Dinge wären da noch – so meint Konstantin Jonas – bis die Brennstoffzelle tatsächlich marktreif ist. Erstens die Infrastruktur: „Wir brauchen ein flächendeckendes Netz von Tankstellen, die den Wasserstoff für die Brennstoffzellen vorhalten." Zweitens die Kosten: „Damit das System attraktiv ist, müssen Brennstoffzellenfahrzeuge am Markt ähnliche Endpreise erreichen wie konventionelle Fahrzeuge." Und drittens – damit hat sich Jonas in seiner Doktorarbeit beschäftigt, die am Institut für Energietechnik der TU Dresden und parallel am Fraunhofer-Institut für Verkehrs- und Infrastruktursysteme IVI betreut wurde – ist es notwendig, die Alterungsvorgänge einer Brennstoffzelle zu verstehen und schließlich ihre Lebensdauer auf mehr als 5000 Stunden zu erhöhen.

Um herauszufinden, welche Alterungsprozesse einer Brennstoffzelle zusetzen und wie verschiedene Betriebsstrategien ihre allmähliche Degradation beeinflussen, nimmt man üblicherweise über längere Zeit Messdaten im Labor auf. Konstantin Jonas ging einen anderen Weg: Für seine Arbeit konzentrierte er sich auf Daten, die bei früheren Tests mit Kleinflotten von Brennstoffzellenbussen aufgenommen worden waren. Für diese Daten entwickelte er eine Methodik, wie sie hinsichtlich der Alterung der Brennstoffzellen ausgewertet werden können. Sogar eine on-board-Auswertung bei zukünftigen Testfahrten ist mit seiner Methode möglich, stützt sie sich doch auf ein komplexes mathematisch-physikalisches Modell einer Brennstoffzelle mit ihren verschiedenen Komponenten Membran, Elektrokatalysatoren und der Gasdiffusionsschicht.

Der Maschinenbauingenieur programmierte dafür eine Optimierungsroutine, die die Alterungsparameter des Modells mit den vorhandenen Messdaten abglich. Der Alterungsfortschritt lässt sich so anhand der einzelnen Parameter bestimmen, zudem lässt sich feststellen, welche Komponenten es in der Praxis sind, die die Brennstoffzellen am schnellsten altern lassen.

Den Automobilkonzern Volkswagen konnte Jonas bereits überzeugen: Die Firma nutzt seine Routinen für die Analyse der eigenen Brennstoffzellen-Fahrzeugflotte.