Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Bestimmung thermischer Kontaktwiderstände und anisotroper Wärmeleitfähigkeiten dünner, poröser Folien am Beispiel der MEA-Komponenten von PEM-Brennstoffzellen (THERMOPEM)

Im Rahmen des Vorhabens THERMOPEM wird eine neuartige Messtechnik zur Ermittlung des thermischen Kontaktwiderstands zwischen dünnen, porösen und anisotropen Folien entwickelt. Das Messprinzip beruht auf einer kontaktbehafteten, elektrischen Aufheizung der Proben mit berührungsloser Temperaturmessung. Einzustellen sind dabei die Flächenpressung, die Temperatur und Feuchte. Zusätzlich zum thermischen Kontaktwiderstand wird die anisotrope Wärmeleitfähigkeit gemessen.

Typische Anwendungsgebiete sind die Leistungselektronik, die Batterietechnik und die Brennstoffzelle. Die thermische Optimierung dreidimensionaler Wärmepfade setzt die genaue Kenntnis der Kontaktwiderstände und der anisotropen Wärmeleitfähigkeiten voraus, diese sind bisher nicht verfügbar bzw. nicht bekannt.

Das Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung einer Messtechnik bestehend aus Hardwareaufbau und Softwareumgebung. Das neuartige Verfahren wird im Kontext mit einer praktischen Anwendung entwickelt, als Demonstrationssystem dient die Membran-Elektroden-Einheit (MEA) als Kernkomponente einer PEM-Brennstoffzelle (PEMFC). Die Funktionalität der "thermooptimierten" MEAs wird im Brennstoffzellenbetrieb mit 3D-Temperaturverteilungs-Messungen verifiziert und quantifiziert. Damit entsteht erstmals ein grundlegendes Verständnis der thermophysikalischen Zusammenhänge zwischen Zusammensetzung, Strukturierung, thermischen Eigenschaften der Komponenten, den Testbedingungen und thermischen Eigenschaften des Verbundes.

Messgeräteentwickler (im wesentlichen KMU) können basierend auf dem neuen Verfahren Messgeräte bauen und vertreiben, Messdienstleister damit Messungen anbieten. Das Know-how steht Unternehmen zur Verfügung, die sich mit dem Wärmemanagement, der Simulation bzw. Software-Entwicklung von Leistungselektronik, dem Batteriemanagement oder der Brennstoffzelle beschäftigen.