Wir sind eine unabhängige Forschungsgruppe am InES, die sich mit Wasserstoff-Brennstoffzellen und -systemen beschäftigt, um die Makro-, Meso- und Mikroprozesse und ihre Wechselwirkungen numerisch und experimentell zu interpretieren. Darüber hinaus führen wir die wissensbasierte Steuerung und Integration dieser Prozesse für Systeme durch. All diese Aufgaben sind bezeichnend für unsere Nachwuchsforschungsgruppe "Brennstoffzellen für die Luftfahrt". Als Mitglied des Exzellenzclusters Sustainable and Energy Efficient Aviation (SE²A) spielt die Gruppe eine aktive Rolle bei der Entwicklung von Brennstoffzellen für eine saubere Energieumwandlung an Bord von zukünftigen Passagierflugzeugen. Wir streben drastische Verbesserungen in Bezug auf ihre spezifische Leistung, Zuverlässigkeit, Lebensdauer sowie Flexibilität im Betrieb und Einbettung in die Flugzeugstruktur an. Hierbei greifen wir auf Methoden wie Robustes Design, Multiphysikalische Modellierung, Multiskalenanalyse und experimentelle Untersuchungen zurück und entwickeln sie weiter, um die strengen Anforderungen in der Luftfahrt zu erfüllen. Mit unseren Methoden und Entdeckungen wollen wir die Popularisierung der Brennstoffzelle auch in anderen Verkehrssektoren (z.B. im Straßenverkehr) voran bringen und einen Beitrag zum Wasserstoffzeitalter liefern.
Um die Zuverlässigkeit und Lebensdauer von Brennstoffzellensystemen zu erhöhen, folgen wir dem Top-down-Prinzip. Wir forschen in den vier Bereichen Komponentendesign, Prozessintegration, Online-Diagnose und Fehlerbehandlung. Zu generell angewendeten Prinzipen gehören u.a. die Identifizierung und Isolation von Komponenten- und Systemredundanzen, Fehlermöglichkeits- und Fehlereinflussanalysen (FMEA) und Fehlerbaumanalysen (FTA). Darüber hinaus sehen wir auch das Potenzial analytischer Methoden aus anderen Fachbereichen, z.B. im Bereich Big Data, und werden sie für unsere Ziele verwenden.
Eine detaillierte Modellierung und Analyse sind der Schlüssel für sorgfältige Interpretationen. Unsere Forschungsinteressen liegen hauptsächlich im Bereich des Thermofluid-Managements, der Degradationsmechanismen und der Ausfallursachen von Brennstoffzellensystemen. Einerseits erstellen wir hierfür anspruchsvolle Modelle, in denen sich disziplinübergreifend Thermodynamik, Strömungsmechanik und Elektrochemie begegnen, und uns als leistungsstarke Werkzeuge dienen. Andererseits zeigen uns unsere industriellen Erfahrungen (aus der Zusammenarbeit mit z.B. Ballard Power Systems Europe A/S), dass die Einfachheit eines Modells ebenso wichtig und mächtig ist, wie seine Tiefe, um der Ursache eines Phänomens auf den Grund zu gehen. Darüber hinaus liegen die Ursachen oft außerhalb des untersuchten Gegenstands und in einer anderen Skalierungsebene vor. Daher ist es von entscheidender Bedeutung stets aufgeschlossen und bereit zu sein, über den Tellerrand zu blicken. Mit dieser Denkweise strebt unsere Gruppe an, sowohl eine akademische Instanz z.B. im Bereich der Multiphasen-CFD-Modellierung zu werden, als auch industriellen Partnern bei der Verbesserung ihrer Produkte behilflich zu sein.
Eine experimentelle Untersuchung ist die Grundlage für die oben genannte wissensbasierte Modellierung, Analyse und Interpretation. Unterstützt vom InES, wendet die Gruppe elektrochemische Impedanzspektroskopie (EIS) und nichtlineare Frequenzganganalyse (NFRA) an, um die Auswirkungen von stationären und dynamischen Operationen auf Brennstoffzellen zu verstehen. Weiterhin werden neuartige Konzepte für das Thermofluid-Management erprobt. Darüber hinaus werden Phasenwechsel und beteiligte Spezies während chemischer Reaktionen betrachtet und ihre Einflüsse in Hinsicht auf unterschiedliche Skalierungsebenen und Zeitspannen untersucht.