Anwendungen & Applikationen
Entwicklung von Direktmethanol-Brennstoffzellen.
DMFC (Direct Methanol Fuel Cells) sind moderne Vertreter von Energiesystemen für die umweltverträgliche Stromerzeugung. Hierbei wird Methanol in elektrische Energie umgewandelt.
Eine aktive DMFC besitzt eine komplexe Steuer- und Regeltechnik, die optimale Wirkungsgrade erzielen soll. Die Entwicklung der Steuerelektronik erfordert universelle Werkzeuge wie Oszilloskope, hochauflösende Multimeter und Strommesswandler.
Funktionsprinzip und Anwendung der DMFC.
In einer DMFC wird der Brennstoff Methanol (als Methanol-Wasser-Gemisch) durch eine elektrochemische Reaktion mit zugeführtem Sauerstoff direkt in elektrische Energie umgewandelt, d. h. ohne zunächst Wasserstoff daraus herzustellen. Elektronen fließen über einen externen Stromkreis von der Anode zur Kathode und erzeugen so nutzbaren Strom. Eine DMFC kann so lange elektrische Energie liefern, wie Methanol zugeleitet wird.
Zu den wesentlichen Merkmalen der DMFC gehört die Betriebsfähigkeit bei niedrigen Zelltemperaturen, sodass Schnellstarts möglich sind. Da sich Methanol zudem gut in Tankpatronen transportieren lässt, bieten sich für diese Brennstoffzellen-Technologie vor allem mobile Anwendungen an. In Form von Power-Packs versorgen DMFC z. B. abgelegene Messstationen und Video-Überwachungsanlagen, Roboter, tragbare Ladegeräte oder Wohnmobile mit Strom. Aktuelle Entwicklungen zielen darauf ab, die DMFC so zu miniaturisieren, dass beispielsweise medizinische Hörgeräte mit Methanol-Ampullen betrieben werden können.
Die Leistung von DMFC optimieren.
Aufbau einer DMFC.
Neben der eigentlichen Brennstoffzelle, in welcher das Methanol in Energie umgewandelt wird, benötigt man für ein aktives DMFC-System eine Vielzahl peripherer Komponenten, z. B. Dosierpumpen oder Kompressoren, sowie intelligente Steuerungs- und Regelungstechnik. Von der Kontrolle der Betriebsparameter hängt der Wirkungs- grad des Gesamtsystems ab und damit die nutzbare elektrische Leistung.
Ein Mikroprozessor greift auf die entsprechenden Regelroutinen und Sensoren mit den jeweiligen Eingangsgrößen für Strom, Spannung, Füllstand, Temperatur etc. zu. Je nach Einsatzgebiet der DMFC kann es zudem erforderlich sein, die Spannung der Brennstoffzelle auf das Niveau der Zielanwendung anzuheben. Hierfür kommen Spannungswandler zum Einsatz.
Direktmethanol-Brennstoffzellen testen.
Messtechnik optimiert DMFC in Bezug auf deren Leistung, Wirkungsgrad, Betriebsdauer und Kompaktheit. Die Lastsimulation erfolgt mit einer elektronischen Last. Die Entwicklung der Leistungs- und Steuerelektronik erfordert universelle Werkzeuge wie Oszilloskope, hochauflösende Multimeter, Tastköpfe und Strommesswandler.
Das Oszilloskop unterstützt die Elektronikentwicklung u. a. mit Messungen zur Leistungsanalyse, von Schaltverlusten, Harmonischen oder Eingangsparametern. Mit entsprechenden Tastköpfen lassen sich die Stromverbrauchskurven, z. B. von Sensoren oder Wandlern, präzise visualisieren. Für reproduzierbare Strommessungen kommen zudem hochauflösende Digitalmultimeter (DMM) zum Einsatz, um beispielsweise die elektrischen Parameter von Stellgliedern (Spule, Motor etc.) zu beurteilen oder die Ausgangsgrößen eines Sensors und dessen Übertragungsfunktion zu charakterisieren.
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