Direkt-Methanol-Brennstoffzellen (DMFC) stellen eine saubere, leise und umweltfreundliche Energiequelle im Vergleich zu Dieselgeneratoren, Batterien oder Akkus dar. Um deren Bauvolumen und Gewicht weiter zu reduzieren, ist die Miniaturisierung der fluidischen Peripherie eine der zentralen Aufgabenstellungen.
Bei DMFC-Brennstoffzellen werden eine Methanol-Dosierpumpe, eine Methanol-Wasser-Umwälzpumpe und ein Luftkompressor benötigt. Im Forschungsprojekt wurden auf Basis eines piezoelektrischen Antriebes diese drei Komponenten miniaturisiert und für den Einsatz in der Mikro-Brennstoffzelle getestet. Es wurden spezielle Entwürfe umgesetzt, um den Mikro-Luftkompressor, die Mikro-Dosierpumpe und die Umwälzpumpe zu entwickeln. Dabei wurde ein Ring-Piezoaktor mit Silizium-Mikroventilen aufgebaut, um einen hohen Kompressorfluss zu erreichen. Bei den Mikropumpen wurden diese Siliziumventile kombiniert mit einer kostengünstigen Edelstahlmembran, die mit einer Double-Layer-Piezokeramik angetrieben wurde.
rechts: Durch Double-Layer-Piezokeramik erreicht die Hochleistungspumpe die für die Umwälzpumpe geforderte Spezifikation von 100 ml/min bei 10 kPa Gegendruck, was für eine piezoangetriebene Mikropumpe einen weltweiten Spitzenwert darstellt (Quelle: Fraunhofer)
Mit den Flussraten für den Kompressor (4 l/min Luftfluss) und der Umwälzpumpe (100 ml/min Methanolfluss bei 10 kPa Gegendruck) wurden jeweils Leistungsdaten erreicht, die für einen Mikrokompressor und eine Mikropumpe bislang unerreicht sind. Die Mikropumpe wurde ausführlich als Dosierpumpe für die Brennstoffzelle validiert, sie erfüllte alle Qualitäts- und Lebensdauertests in puncto Dosiergenauigkeit, Ansaugfähigkeit, Geräuschemission und Vibration.
