Zur zukünftigen Defossilisierung des Transportsektors auf Straße und Schiene ist die Nutzung der Polymer-Elektrolyt-Membran-Brennstoffzelle (PEM BZ) als Antriebsquelle wichtiger Bestandteil einer nachhaltigen Lösung. Für den Transportsektor sind hoher Energieeinsatz, ein stark transientes Nutzungsprofil und die Notwendigkeit einer On-Board Speicherung hoher Energiemengen charakteristisch. Überzeugende Vorteile der BZ im mobilen Einsatz sind ein schadstofffreier Antrieb, hohe Effizienz und Leistungsdichte, sowie kurze Betankungszeit.
Unter kritischen Betriebsbedingungen unterliegen die Materialien der Brennstoffzelle jedoch Degradation bzw. Alterung. Dies steht der Notwendigkeit einer hohen Lebensdauer und Verfügbarkeit entgegen und erschwert den flächendeckenden Einsatz im Gütertransport. Diverse Alterungs- und Schädigungsmechanismen wurde bereits identifiziert, jedoch fehlt eine durchgängige Methodik zur Lebensdauerberechnung im Kontext der Fahrzeuganwendung. Hier trägt PEMLife mit einem holistischen Ansatz zur quantitativen Vorhersage der Degradation der Brennstoffzelle bei.
Es werden hierfür sowohl derzeit eingesetzte als auch zukünftige Brennstoffzellen-Materialien an einem Brennstoffzellenprüfstand gealtert. Dies geschieht auf Basis typischer Lastprofile für Nutz- und Schienenfahrzeuge, die mittels Längsdynamik-Simulation generiert und in Alterungstests überführt werden. Die Degradation der Materialien wird kontinuierlich mittels elektrochemischer und mikrooptischer Analyseverfahren charakterisiert. Aufbauend auf den so generierten Daten werden in der CFD-Simulation und einem 2D-Brennstoffzellen-Modell Alterungsmodelle validiert und erweitert.
Nach der Implementierung des erweiterten 2D BZ-Modells in die bestehenden Längsdynamik-Modelle eines Nutz- und eines Schienenfahrzeugs werden mittels numerischer Algorithmen rechnerisch lebensdaueroptimale Betriebsstrategien entwickelt. Die Ergebnisse werden im Hinblick auf Kosten und Effizienz bewertet. Die gefundenen Strategien werden abschließend auf einem Fuel-Cell-in-the-Loop Prüfstand an einem Stack verifiziert.