In einer Brennstoffzelle liegen lokal sehr unterschiedliche Verhältnisse vor, die zu einem inhomogenen Stoffumsatz, also auch zu einer inhomogenen Stromproduktion führen. Einer der Schlüssel zu einem tieferen Verständnis von PEM Brennstoffzellen, DMFC eingeschlossen, ist die Messung der ortsaufgelösten Stromdichteverteilung. Von besonderer Bedeutung ist dies gerade in großen Brennstoffzellenstacks für einen sicheren und zuverlässigen Betrieb, sowie eine lange Lebensdauer. Problematisch bei bisherigen Verfahren war jedoch der hohe Aufwand.
Messgerät vom Typ current scan lin für einen 100cm² Stack.
Das abgebildete Gerät vom Typ „current scan lin” hat eine Auflösung von 14 x 14 Messzellen bei einer Fläche von 100 x 100mm und ist 3mm dick. Es wird zwischen die beiden Hälften einer Bipolarplatte an beliebiger Stelle im Stack eingebaut, oder fungiert selbst als Bipolarplatte. Die Daten zeigen eine Stromdichteverteilung die mit den Geräte gemessen wurde. Die Messung der Temperaturverteilung ist ebenfalls möglich.
Stromdichteverteilung aufgenommen mit einem Messgerät
vom Typ current scan lin an einer 100cm² Zelle.
Die einzelnen Messzellen sind zeilen- und spaltenweise in Reihe geschaltet, so dass der Aufwand für die Leitungen zur Auswertung der Signale nur linear von der Größe oder Auflösung abhängt. Es können also im Prinzip Messungen an beliebig großen Bennstoffzellen vorgenommen werden. Das Messprinzip wird im folgenden Bild anhand von 3 x 3 Messzellen dargestellt.
Prinzip
Das Prinzip basiert darauf, dass die Permeabilität von weichmagnetischen Werkstoffen von der Vormagnetisierung und der Temperatur abhängt. Der zu messende Strom fließt durch eine Spule und erzeugt eine Vormagnetisierung. In die Matrix werden nacheinander die Wechselströme i1(t) bis in(t) eingespeist und so die Zeilen 1 bis n aktiviert. An den Spalten werden die Spannungen u1(t) bis un(t) als Messsignal abgegriffen. Die Messzellen die nicht aktiviert sind, also nicht von einem Wechselstrom durchflossen werden, liefern keinen Beitrag zum Messsignal. Allgemein werden so über 2 n Leitungspaare n² Messstellen erreicht. Der Aufwand für Ansteuerung und Auswertung ist also linear!