Konzeption und Konstruktion eines parallelen SOFC-Stacks mit vermehrtem Keramikanteil

Inhaltsverzeichnis

• Aufgabenstellung
• Inhaltsverzeichnis
• Ehrenwörtliche Erklärung
• Abbildungsverzeichnis
• Tabellenverzeichnis
• 1. Einleitung
• 1.1. Ausgangssituation
• 1.2. Projektidee und thematische Eingrenzung
• 1.3. Motivation und Zielsetzung
• 1.4. Aufbau der Arbeit
• 2. Grundlagen und Stand der Forschung
• 2.1. Geschichte der Brennstoffzelle
• 2.2. Aufbau und Komponenten
• 2.3. Funktionsprinzip und chemische Reaktionen
• 2.4. Brennstoffzellentypen und elektrische Wirkungsgrade
• 2.4.1. Protonenaustauschmembran-Brennstoffzelle (PEMFC)
• 2.4.2. Festoxid-Brennstoffzelle (SOFC)
• 3. Entwicklung und Umsetzung eines parallelen SOFC-Stacks
• 3.1. Besonderheiten beim Betrieb einer SOFC
• 3.1.1. Prinzipielle Funktionsweise
• 3.1.2. Hauptkomponenten
• 3.1.2.1. Anode
• 3.1.2.2. Elektrolyt
• 3.1.2.3. Kathode
• 3.1.2.4. Interkonnektor
• 3.1.3. Schutz- und Isolationsschichten
• 3.1.4. Sonstige Komponenten
• 3.2. Fertigungsgerechte Gestaltung einer Doppelzellen-Einheit
• 3.2.1. Auswirkungen auf die Konstruktion
• 3.2.2. Prozessspezifischer Werkstoffeinsatz
• 3.2.2.1. Materialauswahl für Hauptkomponenten
• 3.2.2.2. Materialauswahl zum Verspannen und Abdichten des Stacks
• 4. Konstruktion eines SOFC-Stacks mit paralleler Systemarchitektur
• 4.1. Löttechnik
• 4.2. Fertigungsgerechte Konstruktion und Montierbarkeit
• 4.3. Diskussion verschiedener Interkonnektorstrukturen
• 4.4. Auswahl und Detaillierung der Vorzugslösungen
• 4.4.1. Konstruktive Umsetzung mit „Autodesk Inventor“
• 4.4.2. Strömungsverteilung und Flowfield-Design
• 4.4.2.1. CFD-Simulationen
• 4.4.2.2. Anpassung an optimierte Fluiddynamik
• 5. Zusammenfassung und Ausblick
• 5.1. Schlussfolgerungen und Ausblicke
• 5.2. Zusammenfassung und Bewertung der Ergebnisse

Zielsetzung und Themenschwerpunkte

Die Masterarbeit beschäftigt sich mit der Konzeption und Konstruktion eines parallelen SOFC-Stacks mit vermehrtem Keramikanteil. Ziel ist die Entwicklung eines Stacks mit optimierter Systemarchitektur, der die Vorteile eines parallelen Aufbaus nutzt und dabei die besonderen Herausforderungen der hohen Betriebstemperatur und des Einsatzes keramischer Komponenten berücksichtigt.

• Konstruktion eines parallelen SOFC-Stacks mit erhöhtem Keramikanteil
• Optimierung der Systemarchitektur für verbesserte Leistung und Zuverlässigkeit
• Entwicklung eines fertigungsgerechten Konzepts unter Berücksichtigung der hohen Betriebstemperatur
• Detaillierung der Bauteile und Materialauswahl für eine optimale Funktionsweise
• Integration der CFD-Simulationen zur Optimierung der Strömungsverhältnisse im Stack

Zusammenfassung der Kapitel

Die Arbeit beginnt mit einer Einleitung, die die Ausgangssituation, die Projektidee und die Motivation für die Arbeit erläutert. Das zweite Kapitel befasst sich mit den Grundlagen und dem Stand der Forschung im Bereich der Brennstoffzellen. Hier werden verschiedene Brennstoffzellentypen vorgestellt, wobei der Fokus auf der SOFC liegt.

Kapitel drei behandelt die Entwicklung und Umsetzung eines parallelen SOFC-Stacks. Es werden die Besonderheiten beim Betrieb einer SOFC, wie die hohe Betriebstemperatur und die spezifischen Materialanforderungen, erläutert. Außerdem werden die verschiedenen Hauptkomponenten, die Schutz- und Isolationsschichten sowie die Fertigungsgerechte Gestaltung einer Doppelzellen-Einheit behandelt.

Das vierte Kapitel widmet sich der Konstruktion des SOFC-Stacks mit paralleler Systemarchitektur. Themen sind die Löttechnik, die fertigungsgerechte Konstruktion und Montierbarkeit, die Auswahl und Detaillierung der Vorzugslösungen sowie die Strömungsverteilung und das Flowfield-Design.

Schlüsselwörter

SOFC, Brennstoffzelle, parallele Systemarchitektur, Keramikanteil, Löttechnik, CFD-Simulationen, Flowfield-Design, Materialauswahl, Konstruktion, Fertigungsgerechte Gestaltung.