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Organisationseinheit der BAM
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.
Metastable austenitic stainless steel (304L) samples with a rectangular cross-section were plastically deformed in torsion during which they experienced multiaxial stresses that led to a complex martensitic phase distribution owing to the transformation induced plasticity effect. A three-dimensional characterization of the phase distributions in these cm-sized samples was carried out by wavelength-selective neutron tomography. It was found that quantitatively correct results are obtained as long as the samples do not exhibit any considerable preferential grain orientation. Optical microscopy, electron backscatter diffraction, and finite element modeling were used to verify and explain the results obtained by neutron tomography. Altogether, neutron tomography was shown to extend the range of microstructure characterization methods towards the meso- and macroscale.