Die Entwicklung von Brennstoffzellen erfordert ein grundlegendes Verständnis der elektrochemischen, strömungsmechanischen und strukturmechanischen Vorgänge. Am ZBT werden diese Vorgänge durch numerische Simulationen untersucht mit dem Ziel, durch ein besseres Verständnis der Chemie und Physik die Effizienz der Brennstoffzelle zu verbessern. Die Simulationen werden durch Experimente unterstützt und verifiziert.

Ein typisches Beispiel für die Nutzung numerischer Methoden in der Brennstoffzellenentwicklung ist die Auslegung von Flow-Fields, also Gasverteilerstrukturen. Hierbei müssen verschiedene, zum Teil gegensätzliche Anforderungen berücksichtigt werden, wie zum Beispiel ein möglichst niedriger Druckverlust im FlowField, gleichmäßige Medienverteilung und gleichzeitig die Sicherstellung des optimalen Produktwasseraustrags. Modelle auf Basis Computational Fluid Dynamics (CFD) sind hierzu mit elektrochemischen Berechnungen zu kombinieren.

Dabei spielt direkt auch die Wärmeverteilung in der Brennstoffzelle eine wesentliche Rolle bei der Betrachtung des Gesamt-Optimums eines Stacks. Diese beim Brennstoffzellenbetrieb entstehende Abwärme muss abgeleitet werden und gleichzeitig eine möglichst homogene und optimale Betriebstemperatur in der Zelle gewährleistet werden. Auch hier helfen CFD-Modelle bei der Auslegung von Kühlstrukturen.

Letztendlich muss aus der Kombination der Ergebnisse der Strömungsoptimierung und des Temperaturmanagements ein Brennstoffzellenstack aufzubauen sein, der sowohl prouzierbar ist als auch während des Betriebs zu jeder Zeit den Qualitätsansprüchen, insbesondere hinsichtlich Dichtigkeit und mechanischer Stabilität entspricht. Iterativ müssen also die mechanische Konstruktion, thermomechanische Simulation und die oben beschriebenen Auslegungsmethodiken durchgeführt werden, selbstverständlich immer flankiert durch praktische Tests zur Verifikation und Parametrierung.

Beispiele für Modellentwicklung und Anwendungen entsprechender Softwaretools sind zum Beispiel

• Numerik am ZBT
• Flow-Field-Optimierung in Brennstoffzellen
• Optimierung der Wärmeverteilung in der Brennstoffzelle
• Thermomechanik / Anpresskräfte
• Strömungssimulation in Gasprozesstechnik-Reaktoren
• Sonderanwendungen 

Die Arbeiten im Bereich der Simulation, Modellierung und Numerik werden insbesondere in den folgenden Abteilungen durchgeführt

• Mikrosysteme und Strömungsmechanik (Strömungsmodellierung, CFD)
• Brennstoffzellen- und Systemtechnik (Mechanik, Thermomechanik, Systemauslegung)
• Elektrochemie und Schichttechnik (GDE, MEA)
• Gasprozesstechnik (Reaktordesign, Prozesstechnik)