Browsing by Author "Metzger, Patrick"

Now showing 1 - 2 of 2

Open Access
Medicus Adaptabilis - Wenn Fachwissen alleine nicht mehr ausreichend ist
(2016) Gabler, Michael; Mahringer, Christian A.; Metzger, Patrick; Renzl, Birgit
Dieser Beitrag weist auf die zunehmende Bedeutung der Veränderungsfähigkeit in Organisationen allgemein und im Gesundheitswesen im Besonderen hin. Die zu beobachtenden demographischen Entwicklungen, das steigende Gesundheitsbewusstsein sowie die fortschreitende Digitalisierung erfordern eine rasche Anpassungsfähigkeit auf allen Ebenen des Gesundheitswesens. Es wird aufgezeigt, über welche Kompetenzen die Beschäftigten zukünftig verfügen müssen, um den Trends in der Gesundheitsbranche erfolgreich zu begegnen. Darüber hinaus wird diskutiert, welchen Beitrag das Kompetenzmanagement zum Aufbau dieser Kompetenzen leisten kann.
Open Access
Ortsaufgelöste Charakterisierung von Festelektrolyt-Brennstoffzellen
(2010) Metzger, Patrick; Müller-Steinhagen, Hans (Prof. Dr. Dr.-Ing. habil.)
Die Detailprozesse in Festelektrolytbrennstoffzellen (SOFC= Solid Oxide Fuel Cell) werden bis heute nur unzureichend verstanden und sind ausgesprochen zeit- und ortsabhängig. Zur Bestimmung dieser Prozesse wurde im Rahmen der vorliegenden Arbeit ein Messsystem zur ortsauflösenden Charakterisierung von Festelektrolytbrennstoffzellen entwickelt und für Charakterisierungen entlang des Strömungsweges in Brennstoffzellensystemen eingesetzt. Das Ziel dabei war, eine hohe Integration verschiedener messtechnischer Verfahren in einem einzelnen Aufbau zu erreichen, um damit umfassende und verlässliche Aussagen für die Weiterentwicklung von SOFCs und die Kalibrierung von Simulationsmodellen zu erhalten. Das System liefert ortsaufgelöste und integrale Spannungen, Stromdichten, Temperaturen, Gaskonzentrationen an der Anode und Impedanzen an 16 Segmenten (4x4 Matrix) entlang des Brenngasströmungswegs. Die Entwicklung des Messsystems erforderte die Identifikation und Charakterisierung von hochleistungsfähigen Schichten zur Isolation und Gasdichtigkeit. Als geeignete Schicht wurde MgAl2O4 bestimmt. Das metallische Gehäuse setzte außerdem eine hohe räumliche Integration der Messabgriffe voraus. Das gesamte Messsystem wurde einem umfassenden Qualifikations- und Verifikationsprozess unterzogen. Die Impedanzmessung konnte schließlich eine höhere Güte als bei typischen Einzelzellmessungen erzielen. Durch die Zugrundelegung eines Bilanzmodells konnten die Effekte der stromaufwärtsliegenden Segmente auf die folgenden zuverlässig abgebildet werden. Dabei spielt die Bestimmung des Wassergehalts über die offene Zellspannung (OCV = Open Circuit Voltage) eine wichtige Rolle. Auf Basis der Erkenntnisse des Bilanzmodels können die auftretenden Verlustmechanismen in der Zelle ortsabhängig beschrieben werden. Als prinzipielle Verlustmechanismen sind die Kontaktierung, Leckagen, die ohmschen Verluste des Elektrolyts und die Kinetik der elektrochemischen Reaktionen in den Elektroden anzusehen. Die Verlustmechanismen und der damit verbunden Verlustfaktoren wurden als Eingangsgrößen für die Simulationsmodelle, zur Kalibrierung dieser und zur eigentlichen Brennstoffzellensimulation eingesetzt. In den detaillierten Untersuchungen zur Kinetik des Systems konnten die Prozesse einer anodengetragenen Zelle ortsaufgelöst bestimmt und deren Änderung bei Veränderung der Betriebsbedingungen mathematisch erfasst werden. Nur durch die Segmentierung konnten lokale Effekte erfasst werden, die bei einer nicht segmentierte Zelle nicht eindeutig zugeordnet werden können. Als bestimmende Prozesse wurden für den niederfrequenten Bereich bei 0,1-5 Hz eine Adsorptionslimitierung des Wasserstoffs an der Anode oder eine Diffusionslimitierung einer Reaktionszwischenspezies im Material bzw. an der Materialoberfläche der Anode identifiziert. Der mittelfrequente Prozess von 10-100 Hz ist auch hauptsächlich auf die Anode zurückzuführen, wobei eine Gasdiffusion als wahrscheinlichste Ursache anzuführen ist. An der Kathode wirkt in diesem Frequenzbereich die Sauerstoffionendiffusion im Material limitierend. Im hochfrequenten Bereich (3-40 kHz) ist wiederum die Anode limitierend. In diesem Bereich erfolgt die Ladungsübertragung. Als charakteristischer Limitierungsbereich wurde abhängig vom Volumenstrom eine segmentbezogene Brenngasausnutzung von 10-14 % gefunden. Bei dieser Brenngasausnutzung kommt zu einem starken Anstieg des aus dem mittelfrequenten und insbesondere des niederfrequenten Prozess resultierenden Widerstands. Bei der anfänglichen Reduktion der Zelle konnten 0,750 V als charakteristische Gleichgewichtszellspannung des Ni-NiO-System gemessen werden. Insbesondere die Degradation zeigte sich dabei zeit- und ausgeprägt ortsabhängig und wurde negativ von hohen Wasserdampfgehalten beeinflusst. Das Gegenstromdesign wurde im Hinblick auf Homogenität der Temperatur- und Leistungsdichteverteilung und mit einer Brenngasausnutzung von 87,1 % bei 274 mW/cm² (0,7 V) als überlegen gegenüber dem Gleichstromdesign identifiziert. Im Kohlenwasserstoffbetrieb konnte durch die lokalen Stromdichtemessungen und Gasanalysen eine vollständige Komponentenbilanz entlang des Strömungsweges erstellt und ein positiver kinetischer Effekt des Stromflusses auf die Kohlenwasserstoffreformierung (NEMCA-Effekt) identifiziert werden. Kritische lokale Bedingungen wurden dabei identifiziert und Vorschläge zu deren Vermeidung erarbeitet. Die Messdaten werden abschließend anhand von drei verschiedenen Simulationsansätzen zur zuverlässigen Beschreibung des ortsauflösenden Systemverhaltens eingesetzt. Die vorliegende Arbeit ermöglicht durch die erfolgreiche Entwicklung des universell einsetzbaren Messsystems eine zuverlässige Bestimmung der ortsabhängigen Brennstoffzellenprozesse. Die erhaltenen Messdaten können damit sowohl direkte Rückmeldung für die Entwicklung und Verbesserung der Brennstoffzellen als auch der Weiterentwicklung dieser durch genauere Simulationsmodelle geben.