Institut für Mikroverfahrenstechnik (IMVT)

Entwicklung eines Membranmoduls zur Phasentrennung von CO2 in einer µDMFC

  • Ansprechpartner:

    Haas-Santo, Katja

    Dyrda, Kay Marcel

  • Förderung:

    AIF

  • Partner:

    Zentrum für Brennstoffzellentechnologie (ZBT), Duisburg, Deutschland
    Deutsches Institut für Kautschuktechnologie (DIK), Hannover, Deutschland

  • Starttermin:

    07/2015

  • Endtermin:

    02/2018

Tragbare Mikro-Direkt-Methanol-Brennstoffzellen (μDMFC) sind als Stromversorgung für kleine elektrische Geräte von großem Interesse. Während des Betriebs wird CO2 durch die Reaktion von Methanol und Wasser an der Anodenseite der Brennstoffzelle gebildet, wodurch eine zweiphasige Strömung erzeugt wird.

Projektbeschreibung

 Wenn die Gasblasen nicht abgetrennt werden, können sie die Zellleistung durch Belagerung der Anodenoberfläche verringern. Daher wird ein mikrostrukturiertes Membranemodul für die Zweiphasentrennung von CO2 aus dem Methanol / Wasser-Brennstoffgemisch entwickelt, das für portable Anwendungen geeignet ist.

Die Trennleistung des Mikromembranmoduls hängt von den Eigenschaften der porösen Membran, der Art der Fluidströmung im Mikrokanal und den Druckbedingungen während der Trennung ab. Der Einfluss der Benetzbarkeit der Kanalwände auf die Zweiphasenströmung in Kombination mit unterschiedlichen Membranen und Trennleistung wurde durch verschiedene Mittel beeinflusst, wie:

• Kontaktwinkel von Membranen und Kanalwänden, und Veränderung durch Beschichtung
• Visuelle Untersuchung der Art der Zweiphasenströmung im Mikrokanal.
• Experimentelle Bestimmung der Trennleistung des Moembranmoduls.

Die Dynamik der Zweiphasenströmung in heterogenen Kanälen (Unterschiedliche Benetzbarkeitem der Wände) unterscheidet sich deutlich von regulären homogenen. Eine Abhängigkeit des Strömungsmusters von der Benetzbarkeit der Membran und der Kanalwände (hydrophil / hydrophob) ist vorhanden und beeinflusst die Trennleistung. Aktuelle Ergebnisse sind:
• Je hydrophober die Membran ist, desto effizienter ist die Gastrennung.
• Hydrophile Kanalwände verbessern die Trennleistung.

Die beste Trennungseffizienz wurde durch die Kombination von hydrophilen Wänden mit einer hydrophoben Membran und kontrollierten Druckbedingungen während der Trennung erreicht. Vollständige Trennung ist erreichbar bei entsprechenden Druckverhältnissen und ausreichender Membranfläche.

Zukünftige Studien werden mit einer modularen Messzelle mit Vorwärmsystem (Mikrowärmetauscher) und poröser Membran oder mikrosieb basiertem Mikromembranmodul durchgeführt. Zusätzlich kann das Vorheizsystem durch eine μDMFC ersetzt werden, um die Trennung bei transienten μDMFC-Betriebsbedingungen zu untersuchen.