Das Projekt "Teilvorhaben: Umsetzung der Konzeptideen in konkrete Modellmaterialien" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Freudenberg FCCT SE & Co. KG durchgeführt. Ziel des Vorhabens ist es, mittelfristig eine optimierte Gasdiffusionslage (GDL) der nächsten Generation für automotive Anwendungen zu ermöglichen. Hierfür sind grundlegende Arbeiten zum Verständnis von Transportphänomenen innerhalb der GDL notwendig. Es lassen sich folgende technische Teilziele definieren: + GDL-Visualisierung verbessern +Simulationsmodell für den Stofftransport innerhalb der GDL erarbeiten +Methoden zur GDL-Charakterisierung verbessern +Umsetzung der Designvorgaben auf der Mikrostrukturebene auf produktionsrelevante Kenngrößen. Wesentliche Aufgabe von Freudenberg im Vorhaben ist die Umsetzung der Konzeptideen in konkrete Modellmaterialien. Dies soll in mehreren Optimierungsschleifen erfolgen. Zunächst wird die Veredelung mit Hilfe von bestehenden Roh-GDL-Materialien optimiert. Anschließend werden auch neue Roh-GDL-Materialien erarbeitet und die Imprägnierung und Beschichtung auf diese neuen Strukturen angepasst. Der Ablauf der Optimierungsschleifen soll folgendermaßen stattfinden: Erarbeitung der Thesen (AP 1 und 3) - Umsetzung der Thesen in konkrete Konzeptmuster (AP 4) - Charakterisierung der Materialien (AP 2 und 5) - Diskussion der Ergebnisse (Projekttreffen). Die vielversprechendsten Muster werden auf Tauglichkeit in einem seriennahen Prozess untersucht.
Das Projekt "Teilvorhaben: Mikrostrukturuntersuchung und Visualisierung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg durchgeführt. Ziel des Vorhabens ist es, mittelfristig eine optimierte GDL der nächsten Generation für automotive Anwendungen zu ermöglichen. Hierfür sind grundlegende Arbeiten zum Verständnis von Transportphänomenen innerhalb der GDL notwendig. Im Rahmen des Verbundprojekts wird das ZSW Mikrostrukturanalysen und Analysen des Wasserhaushalts von Gasdiffusionslagen durchführen. Die gewonnenen Strukturen werden den Projektpartnern in AP3 des Verbundprojekts zur Verfügung gestellt sowie für Simulationen der Wasserverteilung mittels der Monte-Carlo-Methode (MC) verwendet. Die MC-Simulationen erlauben zusätzlich eine Vorab-Beurteilung von gezielten Struktur- und Materialvariationen. Die Mikrostrukturanalyse der GDL wird bevorzugt mit einer am ZSW vorhandenen Mikro -CT-Anlage erfolgen. Die Visualisierung des Wasserhaushalts wird ergänzt um bei der TUB durchgeführte Untersuchungen mittels Synchrotronstrahlung. Weiterhin werden bei Bedarf experimentelle Bestimmungsmethoden der Benetzungseigenschaften der GDL in das Projekt eingebracht. Die ermittelten Mikrostrukturen stehen den Projektpartnern zur Verfügung und werden für eigene Untersuchungen zum Wasserhaushalt mittels MC-Simulationen verwendet. Die Untersuchungen umfassen sowohl das GDL-Substrat als auch die MPL. Die Aktivitäten im Bereich der Visualisierung erlauben eine Analyse der Wasserverteilung in der GDL in Abhängigkeit von den Betriebsparametern sowie von der GDL-Struktur und deren Materialeigenschaften, z.B. dem Hydrophobierungsgrad.
Das Projekt "Teilvorhaben: Integration der Ergebnisse in Simulationssoftware" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Math2Market GmbH durchgeführt. Ziel des Vorhabens ist es, mittelfristig eine optimierte GDL der nächsten Generation für automotive Anwendungen zu ermöglichen. Hierfür sind grundlegende Arbeiten zum Verständnis von Transportphänomenen innerhalb der GDL notwendig. Es lassen sich folgenden technischen Teilziele definieren: i) die GDL-Visualisierung verbessern, ii) ein Simulationsmodell für den Stofftransport innerhalb der GDL erarbeiten, iii) Methoden zur GDL-Charakterisierung verbessern und iv) die Umsetzung der Designvorgaben auf der Mikrostrukturebene auf produktionsrelevante Kenngrößen. Zur Simulation der Transportphänomene wird die am Fraunhofer ITWM entwickelte Software GeoDict eingesetzt, welche seit 2011 von der Math2Market GmbH vermarktet und weiterentwickelt wird. Aufgabe der Math2Market GmbH ist erstens, Beratung und Support bei der gemeinsamen mit dem Fraunhofer ITWM durchzuführenden Weiterentwicklung von in GeoDict bestehenden Algorithmen zu leisten, und zweitens, für eine zeitnahe Integration der vom Fraunhofer ITWM neuentwickelten Methoden ins Software-Paket GeoDict zu sorgen. Dies ist notwendig, damit die durchzuführenden Parameterstudien bereits sämtliche in GeoDict vorhandenen Hilfsmittel zu Automatisierung und Parallelisierung nutzen können, und so ein möglichst großer Parameterraum effizient abgetestet werden kann.
Das Projekt "Teilvorhaben: Herstellung von Konzeptmustern" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität München, Lehrstuhl für Technische Elektrochemie durchgeführt. Ziel des Vorhabens ist es, mittelfristig eine optimierte Gasdiffusionslage (GDL) der nächsten Generation für Brennstoffzellenanwendungen in Fahrzeugen zu ermöglichen. Hierfür sind grundlegende Arbeiten zum Verständnis von Transportphänomenen innerhalb der GDL notwendig. Es lassen sich folgende technische Teilziele definieren: die Verbesserung der GDL-Visualisierung, die Erarbeitung eines Simulationsmodells für den Stofftransport innerhalb der GDL, die Verbesserung der Methoden zur GDL-Charakterisierung und die Umsetzung der Designvorgaben auf der Mikrostrukturebene auf produktionsrelevante Größen. Zielsetzung der Projektpartner am Lehrstuhl für Technische Elektrochemie der Technischen Universität München ist es, die Zusammenhänge zwischen chemisch-physikalischen Charakteristika der mikroporösen Schicht (MPL) und den effektiven Diffusionskoeffizienten unter verschiedenen Befeuchtungen zu bestimmen. Hierzu sollen Modell-MPLs entwickelt werden, deren Zusammensetzung und Morphologie gezielt variiert wird. Es sollen darüber hinaus neue ex-situ- und in-situ-Methoden entwickelt werden, die es ermöglichen, leistungslimitierende Eigenschaften der Materialien zu identifizieren.
Das Projekt "Teilvorhaben: Charakterisierung der GDL und Formulierung der automobilen Anforderungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Mercedes-Benz Group AG durchgeführt. Im Rahmen des Projektes sollen Gasdiffusionslagen gezielt für die automobile Anwendung bei hoher Leistungsdichte und breitem Temperaturfenster optimiert werden. Im Vordergrund steht dabei ein verbesserter Wasser-, Gas- und Wärmetransport durch spezifisch optimierte Materialmikrostruktur. Diese spezifische Strukturoptimierung setzt ein besseres Verständnis der Einflussfaktoren durch neue Charakterisierungs- und Modellierungsmethoden voraus. Zunächst müssen die automobilen Anforderungen an den Brennstoffzellenstack (Leistungsdichte, Temperaturfenster, Betriebsbedingungen, ...) über ein Simulationsmodell auf spezifische physikalische Gasdiffusionslagenanforderungen heruntergebrochen werden. Die so ermittelte Anforderungsliste wird mit einem Satz an Referenzmaterialien verglichen und Optimierungspotentiale werden identifiziert. Über Mikrostrukturuntersuchung und Mikrostrukturmodellierung werden gezielt Strukturen erarbeitet, die eine gezielte Verbesserung der unzureichenden Eigenschaften ermöglichen. Diese optimierten Strukturen sollen schließlich bei Freudenberg hergestellt und bei Daimler im Hinblick auf die erreichten Verbesserungen in-situ wie auch ex-situ getestet werden. Gleichzeitig werden neue Charakterisierungsmethoden bezüglich kritischer GDL-Eigenschaften entwickelt und aufgebaut.
Das Projekt "Teilvorhaben: Mikrostrukturmodellierung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik durchgeführt. Optigaa 2 erarbeitet die Grundlagen für ein gezieltes Design von Transportphänomenen auf der Mikrostrukturebene und soll mittelfristig eine optimierte GDL für automotive Anwendungen ermöglichen. Das Fraunhofer ITWM entwickelt hierfür adäquate Simulationstechniken zur virtuellen Materialauslegung von Gasdiffusionsschichten und qualifiziert diese für das zielgerichtete Design automotiver Anwendungen. Ziel des Vorhabens ist es, mittelfristig eine optimierte GDL der nächsten Generation für automotive Anwendungen zu ermöglichen. Hierfür sind grundlegende Arbeiten zum Verständnis von Transportphänomenen innerhalb der GDL notwendig. Es lassen sich folgende technische Teilziele definieren: + GDL-Visualisierung verbessern; + Simulationsmodell für den Stofftransport innerhalb der GDL erarbeiten; + Methoden zur GDL-Charakterisierung verbessern; + Umsetzung der Designvorgaben auf der Mikrostrukturebene auf produktionsrelevante Kenngrößen. Das ITWM übernimmt die Koordination der Strukturmodellierung und Simulationsmethodenentwicklung und die folgenden Arbeiten: - Modellierung der Transporteigenschaften der trockenen Muster; - Erweiterung der Modellierung auf Referenzmuster mit MPL und teilgesättigte Medien; -Ableitung von Zielstrukturen; - Validierung über Zielmusterabgleich.