Strukturierte Modellierung und nichtlineare Analyse von PEM-Brennstoffzellen

Im ersten Teil der Arbeit wird ein Modellstrukturierungskonzept für elektrochemische Systeme vorgeschlagen und an einer zuvor formulierten und ausführlich studierten Modellfamilie für die Membran-Elektroden-Einheit einer Brennstoffzelle erprobt. Ein solches Strukturierungskonzept wird für die technische Umsetzung eines rechnergestützten Modellierungswerkzeuges für Brennstoffzellen benötigt. Es liefert eine Systematik, mit deren Hilfe die Modelle in einheitlicher Weise strukturiert und modularisiert werden können und sichert damit die Kompatibilität, Transparenz und Flexibilität der einzelnen Modellbausteine. Im zweiten Teil der Arbeit wird das obige Konzept eingesetzt, um einen Beitrag zur Analyse des nichtlinearen Betriebsverhaltens von PEM-Brennstoffzellen zu leisten. Mit Hilfe eines qualitativen Modells werden für den Betrieb mit moderat befeuchteten Eintrittsgasen Strom-Spannungs-Kennlinien mit ausgeprägten lokalen Extrema vorhergesagt. Diese unterscheiden sich deutlich v on gewöhnlichen, monoton fallenden Kennlinien und führen zu mehrfach stationärem Verhalten im potentiostatischen und rheostatischen Betrieb