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Auf Grund des hohen Wirkungsgrades und der vielfältigen Einsatzmöglichkeiten stellen Brennstoffzellen sowie Brennstoffzellenverbünde eine vielversprechende Energiequelle dar. Daher ist es wichtig, die Prozesse während des Betriebs einer Brennstoffzelle exakt charakterisieren zu können, um diese im nächsten Schritt zu optimieren.
So ist ein ausbalanciertes Wassermanagement in einer mit Wasserstoff betriebenen Zelle ausschlaggebend für ihre Leistungsfähigkeit. Für eine dauerhafte Leistungsfähigkeit muss das entstehende Wasser die Membran feucht halten, um so die Protonenleitfähigkeit aufrecht zu erhalten. Zu viel Wasser kann jedoch die Gaszufuhr durch die porösen Materialien in Richtung Membran verhindern.
Alterungsphänomene der einzelnen Komponenten können dieses sensible Wassermanagement stören und so die Leistungsfähigkeit einer Brennstoffzelle
herabsetzen. Zum tieferen Verständnis der Wasserverteilung werden zerstörungsfreie Methoden, wie zum Beispiel die ex situ Neutronentomografie oder die in situ Synchrotronradiografie eingesetzt. Letztere Methode kann während des Brennstoffzellenbetriebs in Kombination mit weiteren Messmethoden, wie der ortsaufgelösten Stromdichtemessung, eingesetzt werden. So können einzelne Brennstoffzellenkomponenten, wie die Gasdiffusionsschichten, charakterisiert werden.
A three-dimensional laminar steady
state numerical model was used to investigate
the influence of an alternating current (ac)
magnetic field during high power laser beam
keyhole welding of 20 mm thick nonferromagnetic
aluminum. COMSOL
Multiphysics was used to calculate the threedimensional
heat transfer, fluid dynamics and
electromagnetic field equations. Most
important physical effects of the process were
taken into account: Thermo-capillary
(Marangoni) convection at the upper and lower
weld pool boundaries, natural convection due
to gravity and latent heat of solid-liquid phase
transition. It is shown that the gravity drop-out
associated with welding of thick plates due to
the hydrostatic pressure can be prevented by
the application of an ac magnetic field. The
application of an oscillating magnetic field of
70 mT was investigated to allow for singlepass
laser beam welding of thick aluminum
plates. The flow pattern in the molten zone and
the temperature distributions are significantly
changed.