Technologie nieuws

Over niet al te lange termijn kunnen veel voertuigen hun energie betrekken uit op waterstof werkende brandstofcellen. Een aantal typen automotoren staat klaar voor de markt. Op dit moment maken de ontwikkelaars zich zorgen om het ‘afvalproduct’ water. Met behulp van experimenten en computersimulaties wordt Europa-breed in een project onderzocht hoe kan worden verhinderd dat water de dunne materiaallagen in brandstofcellen beschadigt en zo de levensduur verkort.

De EU ondersteunt het project met de afkorting DECODE met een subsidie van 3,7 miljoen euro. Daarvan gaat 560.000 euro naar de Universität Erlangen-Nürnberg. De leerstoel voor Informatica 10, de leerstoel voor Theoretische Fysica en het RRZE werken in dit project samen met de Chalmers Universiteit in Göteborg, het Duitse centrum voor lucht- en ruimtevaart, andere onderzoeksinstituten en vijf industriepartners uit Duitsland, Zweden, Frankrijk, Italië en Nederland. In het voorjaar van 2011 moeten de onderzoeken zijn afgesloten.

De rol van water
Het project DECODE (Engels acroniem voor ’onderzoek van degeneratiemechanismen ter verbetering van componenten en design van PE- brandstofcellen’) houdt zich bezig met polymeerelektrolyt (PE) brandstofcellen. Hiervan ligt de bedrijfstemperatuur tussen de 60°C en 80°C, waarbij ze in de categorie van de lage temperatuur brandstofcellen vallen. De levensduur is echter een probleem.

Het rendement en de elektrische prestaties van de brandstofcel hangen sterk af van het ongehinderde en optimale verloop van de chemische reacties. Daarvoor zorgen de katalysatorlagen en de oppervlakken van het poreuze materiaal van de elektrode. Een bepaalde vochtigheid moet weliswaar aanwezig zijn bij de kathode, maar water als vloeistof aan de oppervlakken kan leiden tot slijtage en beschadiging. Op de lange termijn beïnvloedt dat de levensduur van de brandstofcel. Door het project DECODE moet de invloed van water en de uitwerking op de levensduur van de materialen duidelijk worden.

De opdracht van de beide leerstoelen van de Universiteit Erlangen-Neurenberg is het gedrag van water in de poreuze gasdefusielaag van de elektrode te simuleren op de computer en de reacties op verouderend materiaal te onderzoeken. Daarvoor worden twee systemen gebruikt. De informatica simuleert door middel van de Lattice-Boltzmann-methode de grof poreuze laag met poriën in het micrometer bereik. De theoretische fysica past de methodes van de moleculaire dynamiek toe in de fijn poreuze laag, waarbij de poriën in het 100 nm bereik liggen.

Supercomputer tot grens belast
Voor deze simulaties zijn reusachtige hoeveelheden data nodig – tot in het 10 TB-bereik (1 TB is circa 1000 GB) – die gelijktijdig in het geheugen van de computer moeten worden opgeslagen. Zulke immens grote simulaties zijn alleen met de modernste supercomputers mogelijk, zoals de HLRB2 van het Leibniz-rekencentrum in Garching. Deze kan 62 biljoen rekenoperaties per seconde uitvoeren en heeft een hoofdgeheugen van 39 TB. Deze computer, heeft net genoeg capaciteit voor deze simulaties.

Met de resultaten van de simulaties moeten de industriepartners methoden kunnen ontwikkelen om de eigenschappen en daarmee de levensduur van de materialen te verbeteren. De EU ondersteunt DECODE binnen de sector ‘energie’ in het raamwerk FP7. Deze sector kreeg een totaalbudget van 2,3 miljard euro ter beschikking. Daarmee moet een wetenschappelijke basis worden gelegd om energie te sparen en klimaatverandering af te zwakken.

x
Mis niet langer het laatste nieuws

Schrijf u nu in voor onze nieuwsbrief.

Inschrijven