Verena Fuchs

• Die Elektrifizierung führt zur Zeit zu den größten Änderungen in der Automobilindustrie. Obwohl Brennstoffzellen Teil eines elektrischen Antriebsstrangs sein könnten, konnten sie sich bis heute nicht auf dem Markt durchsetzen. Einer der Hauptgründe dafür ist die vergleichsweise kurze Lebensdauer eines Brennstoffzellen-Stacks. Die Lebensdauer wird maßgeblich beeinflusst von Degradationseffekten, welche in suboptimalen Betriebspunkten verstärkt werden. Das Ziel dieser Arbeit ist, ein System für einen Polymerelektrolyt-Membran-Brennstoffzellen Stack zu entwickeln und in einen Prüfstand zu integrieren, damit Degradationseffekte überwacht und vermessen werden können. Um das zu erreichen, muss der Brennstoffzellen-Stack durch den Systemaufbau in unterschiedliche Betriebspunkte (Strom, Spannung, Gasmenge und Temperatur) versetzt werden können. In jedem Betriebspunkt kann somit eine elektrochemische Impedanzspektroskopie sowie eine Klirrfaktoranalyse durchgeführt werden. Die Messdaten geben Auskunft über den technischen Zustand der Zelle. Weiters wird eine Messmethode entwickelt, die ein effizientes und automatisiertes Testen sowie selbstständiges Ermitteln der optimalen Betriebspunkte ermöglicht. Das Ergebnis dieser Arbeit ist ein Brennstoffzellen-System, das aufgebaut und in einen Prüfstand integriert ist. Die Messmethode wird in näherer Zukunft umgesetzt und soll für weitere Prüfstände standardisiert eingesetzt werden. Dieser Aufbau ermöglicht eine innovative Untersuchung von Degradationseffekten, die eine wichtige Rolle in der weiteren Brennstoffzellenentwicklung für Fahrzeuge spielen.
• Electrification is currently the most disruptive technology in the automotive industry, fuel cells could not yet establish themselves in the automotive market. The most impeding factor is the short lifetime of the fuel cell stack. The major influences on lifetime are the degradation effects which occur due to inadequate operating points such as too low fuel supply. The aim of this thesis is to design and integrate a system for a proton-exchange membrane fuel cell into a testbed to be able to monitor and evaluate degradation effects. Accordingly, current, voltage, the amount of supplied gases and temperature are altered while the fuel cell stack is monitored by an electrochemical impedance spectroscopy, simultaneously the total harmonic distortion is computed. This is realized by an auxiliary system adapted to the fuel cell. Furthermore, a methodology has been developed which allows an automated test-run to determine the optimal operating point. The output of this thesis is a designed fuel cell system integrated into a testbed. The system enables an innovative research of the degradation processes which can lead to a future improvement of fuel cell systems in view of degradation.