Produktwasser in NT-PEM-Brennstoffzellen wird in der Kathodenkatalysatorschicht zwischen Membran und Gasdiffusionslage (GDL) gebildet, kondensiert je nach Betriebsbedingungen größtenteils innerhalb der GDL, vorzugsweise an der kühlsten Stelle unter den Stegen, und muss über die GDL in die Gaskanäle geleitet und von dort aus der Zelle transportiert werden. 

Kommt es zu übermäßigen Anreicherungen von Flüssigwasser in der Zelle werden der Gastransport eingeschränkt und die Zellverluste erhöht, was ebenfalls zu Lebensdauereinbußen führt. In diesem Kooperationsprojekt zwischen dem Lehrstuhl für Strömungsmechanik (LSM) und dem Zentrum für Brennstoffzellentechnik (ZBT) soll der Flüssigwassertransport in GDLs und Strömungskanälen (und speziell deren Interaktion) in NTPEM-BZ mithilfe von Strömungsmessungen und hochaufgelösten Zweiphasensimulationen (LSM) detailliert untersucht und mit diesen Daten eine vereinfachte Simulationsmethode sowie Flowfield-Designs für verbesserten Wassertransport (ZBT) entwickelt werden. 

Im Vergleich zum Stand der Wissenschaft wird hier speziell der Einfluss von parallelen Kanälen und deren strömungsmechanische Interaktion durch die GDL z.B. bei lokalen Druckunterschieden betrachtet. Da der Flüssigwasserhaushalt eines der physikalisch komplexesten Phänomene und noch nicht trivial mit messtechnischen oder simulativen Methoden zu erfassen ist, sollen hier verschiedene Messtechniken (Ex-situ Strömungsmessungen, In-situ EIS- und Polarisationsmessungen) sowie Simulationsmethoden (hochaufgelöste VoF-CFD-Strömungssimulation, makrohomogene Multiphysik-3D-CFD, Porennetzwerkmodell mit analytischer Kanalmodellierung) eingesetzt, weiterentwickelt und deren Teilergebnisse zu einem konsistenten Gesamtbild zusammengesetzt werden. Neben dem grundlegenden Erkenntnisgewinn zum Zweiphasentransport in den gekoppelten Domänen (Kanäle + GDL) sind vor allem das recheneffiziente Simulationsmodell und die Designuntersuchungen und -konzepte für Flowfields mit verbessertem Flüssigwassertransport als vordergründig relevant für KMUs einzustufen.

Das Projekt (01IF23927N) der Forschungsvereinigung IUTA e.V. wird im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.