DE102020112820A1 - Verfahren zum vorhersagen einer lebensdauer einer membranelektroden- anordnung einer brennstoffzelle zur elektrischen energieerzeugung - Google Patents

Verfahren zum vorhersagen einer lebensdauer einer membranelektroden- anordnung einer brennstoffzelle zur elektrischen energieerzeugung Download PDF

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Abstract

Ein Verfahren zum Vorhersagen einer Lebensdauer einer Membran-Elektroden-Anordnung einer Brennstoffzelle zur elektrischen Energieerzeugung, das auf Verfahren weist auf: Herleiten (S100) einer Betriebsbedingung für beschleunigte Degradation, welche auf die Brennstoffzelle anwendbar ist, Betreiben (S200) der Brennstoffzelle für eine bestimmte Zeit unter der hergeleiteten Betriebsbedingung für beschleunigte Degradation und unter einer normalen Betriebsbedingung und dann Ermitteln eines Degradationsgrads der Brennstoffzelle und einer Tendenz für deren Degradationsgrad unter jeder der Betriebsbedingungen, Berechnen (S300) eines Beschleunigungsmultiplikators basierend auf dem Degradationsgrad, welcher unter der Betriebsbedingung für beschleunigte Degradation und unter der normalen Betriebsbedingung ermittelt wurde, und Vorhersagen (S400) der Lebensdauer der Membran-Elektroden-Anordnung basierend auf dem Beschleunigungsmultiplikator.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Verfahren zum Vorhersagen einer Lebensdauer einer Membran-Elektroden-Anordnung (MEA) einer Brennstoffzelle zur elektrischen Energieerzeugung und insbesondere ein Verfahren zum Vorhersagen einer Lebensdauer einer Membran-Elektroden-Anordnung einer Brennstoffzelle zur elektrischen Energieerzeugung unter Verwendung einer Betriebsbedingung für beschleunigte Degradation, welche auf die Brennstoffzelle anwendbar ist.
  • Hintergrund
  • Im Allgemeinen ist eine Brennstoffzelle eine Vorrichtung, welche elektrische Energie erzeugt, indem bewirkt wird, dass Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2) miteinander reagieren. Die Brennstoffzelle weist eine Membran-Elektroden-Anordnung (MEA - Englisch „Membrane Electrode Assembly“) auf. Die Membran-Elektroden-Anordnung ist so ausgestaltet, dass sie eine Elektrolytmembran, an welche ein Wasserstoffion (H) übertragen wird, eine Anode, welche dazu eingerichtet ist, an einer Seite der Elektrolytmembran aufgeschichtet zu sein, um mit Brennstoff, d.h. Wasserstoff (H2), beliefert zu werden, und eine Kathode, welche dazu eingerichtet ist, an der anderen Seite der Elektrolytmembran aufgeschichtet zu sein, um mit Luft (Sauerstoff) beliefert zu werden, aufweist. Ein Stapel (Stack) der Brennstoffzelle resultiert aus fortlaufenden Stapeln einer Membran-Elektroden-Anordnung und einer Trennplatte übereinander.
  • Das größte Problem, welches es für die Kommerzialisierung einer mit diesem Stapel ausgestalteten Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle (auch Protonenaustauschmembran-Brennstoffzelle, kurz PEMFC - Englisch „Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell“) zu lösen gilt, ist ihr hoher Preis und kurze Lebensdauer.
  • Aus diesem Grund ist eine Haltbarkeitsevaluierung der Polymerelektrolytmembran für ihren Langzeitbetrieb unabdingbar. Ferner sind die Haltbarkeitsevaluierung einer neu entwickelten Elektrolytmembran und die Tests, ob die in großen Mengen gekauften Elektrolytmembranen eine Haltbarkeit aufweisen, sehr wichtig.
  • Andererseits wurden große Fortschritte bei einer Erforschung eines Beschleunigte-Degradation-Vorgangs zur Evaluierung der Haltbarkeit einer Fahrzeugbrennstoffzelle gemacht, wobei aber eine Erforschung eines Beschleunigte-Degradation-Vorgangs zur Evaluierung der Haltbarkeit einer Brennstoffzelle zur elektrischen Energieerzeugung noch nicht durchgeführt wurde. Das Verifizieren der Lebenserwartung (Haltbarkeit) oder dergleichen der Membran-Elektroden-Anordnung der Brennstoffzelle erfordert eine beträchtliche Zeitdauer und Aufwand. Dementsprechend ist es nötig, eine Technologie zu entwickeln, mit welcher die Lebenserwartung der Membran-Elektroden-Anordnung auf Grundlage einer Betriebsbedingung für beschleunigte Degradation, welche auf die Brennstoffzelle anwendbar bzw. übertragbar ist, geschätzt werden kann.
  • Die obigen Informationen, welche in diesem Hintergrund-Abschnitt offenbart sind, dienen lediglich dem Verbessern des Verständnisses des allgemeinen Hintergrunds der Erfindung und sollten nicht als Zugeständnis oder als irgendeine Andeutung, dass diese Informationen zum Stand der Technik, wie er dem Fachmann schon bekannt ist, gehören, angesehen werden.
  • Erläuterung
  • Ein Ziel der vorliegenden Offenbarung bzw. Erfindung (nachfolgend kurz: Offenbarung) ist es, ein Verfahren zum Herleiten bzw. Ableiten einer Betriebsbedingung für beschleunigte Degradation (z.B. beschleunigte Verschlechterung, insbesondere beispielsweise beschleunigte Alterung), welche auf eine Brennstoffzelle zur elektrischen Energieerzeugung anwendbar ist, und zum Vorhersagen einer Lebensdauer einer Membran-Elektroden-Anordnung der Brennstoffzelle unter Verwendung der hergeleiteten Betriebsbedingung für beschleunigte Degradation zu schaffen.
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung weist ein Verfahren zum Vorhersagen einer Lebensdauer einer Membran-Elektroden-Anordnung einer Brennstoffzelle zur elektrischen Energieerzeugung auf: Herleiten einer Betriebsbedingung für beschleunigte Degradation, welche auf die Brennstoffzelle anwendbar ist (z.B. übertragbar ist), Betreiben der Brennstoffzelle für eine bestimmte Zeit unter der hergeleiteten Betriebsbedingung für beschleunigte Degradation und unter einer normalen Betriebsbedingung und dann Ermitteln (z.B. Identifizieren, Bestimmen) eines Degradationsgrads (z.B. Verschlechterungsgrads, Alterungsgrads) der Brennstoffzelle und einer Tendenz für deren Degradationsgrad unter jeder der Betriebsbedingungen, Berechnen eines Beschleunigungsmultiplikators (z.B. Beschleunigungsvielfachen) basierend auf dem Degradationsgrad, welcher unter der Betriebsbedingung für beschleunigte Degradation und unter der normalen Betriebsbedingung ermittelt wurde, und Vorhersagen der Lebensdauer der Membran-Elektroden-Anordnung basierend auf dem Beschleunigungsmultiplikator.
  • In dem Verfahren kann das Herleiten einer Betriebsbedingung für beschleunigte Degradation aufweisen: Anlegen (z.B. Aufbringen, Anwenden) eines bestimmten elektrischen Stroms an die Brennstoffzelle, wobei aber die Brennstoffzelle mit einer bestimmten Zeitdauer unter Verändern von Relative-Feuchtigkeit-Bedingungen (z.B. Relative-Luftfeuchtigkeit-Bedingungen) einer Anode und einer Kathode der Brennstoffzelle und einer Temperaturbedingung der Brennstoffzelle wiederholt betrieben wird, und Ermitteln (z.B. Identifizieren, Bestimmen) des Degradationsgrads und der Tendenz des Degradationsgrads unter jeder der Bedingungen, Prüfen, ob der ermittelte Degradationsgrad unter jeder der Bedingungen innerhalb eines vorbestimmten Degradationsgrad-Bereichs liegt oder ob nicht, und Vergleichen der ermittelten Tendenz des Degradationsgrads mit einer Tendenz für den Degradationsgrad, welche nach dem Betreiben der Brennstoffzelle unter normalen Betriebsbedingung ermittelt wird, und Auswählen einer Bedingung, unter welcher der unter jeder der Bedingungen ermittelte Degradationsgrad innerhalb des vorbestimmten Degradationsgrad-Bereichs liegt und unter welcher die Tendenz des Degradationsgrads gleich der Tendenz für den Degradationsgrad, welche unter der normalen Betriebsbedingung ermittelt wird, ist.
  • In dem Verfahren können der Degradationsgrad und die Tendenz für den Degradationsgrad angeben, welche der Komponenten der Brennstoffzelle, die einen Katalysator, eine Membran und eine Gasdiffusionsschicht (GDL) umfassen, am meisten degradiert (z.B. verschlechtert, gealtert) ist.
  • In dem Verfahren kann bei dem Betreiben der Brennstoffzelle für eine bestimmte Zeit unter der hergeleiteten Betriebsbedingung für beschleunigte Degradation und unter einer normalen Betriebsbedingung und dann Ermitteln eines Degradationsgrads der Brennstoffzelle und einer Tendenz für deren Degradationsgrad unter jeder der Betriebsbedingungen der Degradationsgrad und die Tendenz des Degradationsgrads auf Grundlage von mindestens einer von einer Leerlaufspannung-(OCV-)Analyse (wobei OCV vom Englischen „Open Circuit Voltage“ abgeleitet ist), einer Spannungsdichte-Analyse, einer Analyse der elektrischen Stromdichte, einer ohmschen Analyse (z.B. Widerstandsanalyse), einer Übergangsanalyse (z.B. Durchgangsanalyse) oder einer Elektrochemische-Oberflächenbereich-(ECSA-)Analyse ermittelt werden.
  • In dem Verfahren kann das Berechnen eines Beschleunigungsmultiplikators basierend auf dem Degradationsgrad, welcher unter den Betriebsbedingung für beschleunigte Degradation und unter den normalen Betriebsbedingung ermittelt wird, aufweisen: Berechnen einer Beschleunigte-Degradation-Geschwindigkeit unter der Betriebsbedingung für beschleunigte Degradation basierend auf dem ermittelten Degradationsgrad unter der Betriebsbedingung für beschleunigte Degradation, Berechnen einer Normale-Degradation-Geschwindigkeit unter der normalen Betriebsbedingung basierend auf dem ermittelten Degradationsgrad unter der normalen Betriebsbedingung, und Berechnen des Beschleunigungsmultiplikators durch Dividieren der Beschleunigte-Degradation-Geschwindigkeit durch die Normale-Degradation-Geschwindigkeit.
  • In dem Verfahren können die Beschleunigte-Degradation-Geschwindigkeit und die Normale-Degradation-Geschwindigkeit eine (z.B. jeweilige) Steigung einer Kurve angeben, welche erlangt wird, indem ein Spannungswert auf einer Zeitbasis (z.B. über der Zeit) mit derselben elektrischen Stromdichte als Referenz bzw. Bezugsgröße nach dem Betreiben der Brennstoffzelle auf einer Zeitbasis unter der normalen Betriebsbedingung und unter der Betriebsbedingung für beschleunigte Degradation abgeglichen wird (z.B. kann jede von der Beschleunigte-Degradation-Geschwindigkeit und der Normale-Degradation-Geschwindigkeit eine entsprechende Steigung einer Kurve darstellen, wobei die jeweilige Kurve aus Spannungswerten über der Zeit bei derselben elektrischen Stromdicht unter der jeweiligen Betriebsbedingung, z.B. der Betriebsbedingung für beschleunigte Degradation oder der normalen Betriebsbedingung, erlangt wird).
  • In dem Verfahren kann der Beschleunigungsmultiplikator angeben, wieviel mehr die Brennstoffzelle degradiert (z.B. verschlechtert, gealtert) wird, wenn sie unter der Betriebsbedingung für beschleunigte Degradation betrieben wird, als wie dann, wenn sie unter der normalen Betriebsbedingung betrieben wird.
  • In dem Verfahren kann das Vorhersagen der Lebensdauer der Membran-Elektroden-Anordnung basierend auf dem Beschleunigungsmultiplikator aufweisen: Herleiten der Zeit, welche die Leistung der Brennstoffzelle benötigt, bis sie um einen vorbestimmten Prozentsatz von einer Anfangsleistung abnimmt, wenn die Brennstoffzelle unter der Betriebsbedingung für beschleunigte Degradation betrieben wird, und Vorhersagen der Lebensdauer der Membran-Elektroden-Anordnung durch Multiplizieren der hergeleiteten Zeit und des Beschleunigungsmultiplikators.
  • Das Verfahren kann ferner aufweisen: Herleiten einer Optimalbedingung für einen elektrischen Strom, welcher auf die Brennstoffzelle aufzubringen ist, so dass die Brennstoffzelle optimale Haltbarkeit hat, auf Grundlage der hergeleiteten Betriebsbedingung für beschleunigte Degradation, welche auf die Brennstoffzelle anwendbar ist.
  • In dem Verfahren kann das Herleiten einer Optimalbedingung für einen elektrischen Strom, welcher auf die Brennstoffzelle aufzubringen ist, aufweisen: Festlegen der Relative-Feuchtigkeit-Bedingungen der Anode und der Kathode der Brennstoffzelle und der Temperaturbedingung der Brennstoffzelle unter den hergeleiteten Betriebsbedingungen für beschleunigte Degradation, Betreiben der Brennstoffzelle durch Anlegen mehrerer unterschiedlicher elektrischer Ströme an die Brennstoffzelle, und Ermitteln (z.B. Erkennen, Identifizieren) des Degradationsgrads der Brennstoffzelle unter einer Betriebsbedingung für jeden der mehreren elektrischen Ströme, und Auswählen, als eine Optimalbedingung für einen elektrischen Strom, einer Bedingung für einen elektrischen Strom, unter welcher der Degradationsgrad der Brennstoffzelle am niedrigsten ist.
  • Gemäß der vorliegenden Offenbarung kann die Betriebsbedingung für einen beschleunigten Degradationsgrad, welche auf die Brennstoffzelle anwendbar ist, hergeleitet werden und kann die Lebensdauer der Membran-Elektroden-Anordnung der Brennstoffzelle auf einfache Weise unter Verwendung der hergeleiteten Betriebsbedingung für beschleunigte Degradation vorhergesagt werden.
  • Figurenliste
  • Die obigen und weitere Ziele, Eigenschaften und weitere Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung deutlicher verstanden, wenn diese in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen genommen wird, wobei:
    • 1 ist ein Diagramm, welches einen Ablauf zur Durchführung eines Verfahrens zum Vorhersagen einer Lebensdauer einer Membran-Elektroden-Anordnung einer Brennstoffzelle zur elektrischen Energieerzeugung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt,
    • 2 ist ein Flussdiagramm, welches Schritte des Herleitens einer Betriebsbedingung für beschleunigte Degradation, welche auf die Brennstoffzelle zur elektrischen Energieerzeugung anwendbar ist, in dem Verfahren zum Vorhersagen der Lebensdauer der Membran-Elektroden-Anordnung der Brennstoffzelle zur elektrischen Energieerzeugung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt,
    • 3 ist eine Tabelle, welche Betriebsbedingungen zum Herleiten von Betriebsbedingungen für beschleunigte Degradation, welche auf die Brennstoffzelle zur elektrischen Energieerzeugung anwendbar sind, in dem Verfahren zum Vorhersagen der Lebensdauer der Membran-Elektroden-Anordnung der Brennstoffzelle zur elektrischen Energieerzeugung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt,
    • 4 ist ein Diagramm, welches ein Ergebnis einer Analyse des Degradationsgrads unter jeder der Bedingungen in 3 darstellt,
    • 5 ist ein Diagramm, welches eine Haltbarkeit, die aus Betreiben auf einer Zeitbasis unter einer normalen Betriebsbedingung resultiert, und eine Haltbarkeit, die aus Betreiben auf einer Zeitbasis unter einer der Betriebsbedingung für beschleunigte Degradation resultiert, in dem Verfahren zum Vorhersagen der Lebensdauer der Membran-Elektroden-Anordnung der Brennstoffzelle zur elektrischen Energieerzeugung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt,
    • 6 ist ein Diagramm, welches eine Beschleunigte-Degradation-Geschwindigkeit unter einer Beschleunigte-Degradation-Betriebsbedingung und eine Degradationsgeschwindigkeit unter der normalen Betriebsbedingung in dem Verfahren zum Vorhersagen der Lebensdauer der Membran-Elektroden-Anordnung der Brennstoffzelle zur elektrischen Energieerzeugung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt,
    • 7 ist ein Diagramm, welches Schritte des Berechnens eines Beschleunigungsmultiplikators in dem Verfahren zum Vorhersagen der Lebensdauer der Membran-Elektroden-Anordnung der Brennstoffzelle zur elektrischen Energieerzeugung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt,
    • 8 ist ein Diagramm, welches Schritte des Vorhersagens der Lebensdauer der Membran-Elektroden-Anordnung basierend auf dem Beschleunigungsmultiplikator in dem Verfahren zum Vorhersagen der Lebensdauer der Membran-Elektroden-Anordnung der Brennstoffzelle zur elektrischen Energieerzeugung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt, und
    • 9 ist ein Diagramm, welches Schritte des Ermittelns der Effektivität der hergeleiteten Betriebsbedingung für beschleunigte Degradation in dem Verfahren zum Vorhersagen der Lebensdauer der Membran-Elektroden-Anordnung der Brennstoffzelle zur elektrischen Energieerzeugung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt.
  • Detaillierte Beschreibung
  • Ein Verfahren zum Vorhersagen der Lebensdauer einer Membran-Elektroden-Anordnung einer Brennstoffzelle zur elektrischen Energieerzeugung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird nachstehend im Detail unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
  • 1 ist ein Diagramm, welches einen Ablauf zur Durchführung eines Verfahrens zum Vorhersagen einer Lebensdauer einer Membran-Elektroden-Anordnung einer Brennstoffzelle zur elektrischen Energieerzeugung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt. 2 ist ein Flussdiagramm, welches Schritte des Herleitens einer Betriebsbedingung für beschleunigte Degradation, welche auf die Brennstoffzelle zur elektrischen Energieerzeugung anwendbar ist, darstellt. 3 ist eine Tabelle, welche Betriebsbedingungen zum Herleiten von Betriebsbedingungen für beschleunigte Degradation, welche auf die Brennstoffzelle zur elektrischen Energieerzeugung anwendbar sind, darstellt. 4 ist ein Diagramm, welches ein Ergebnis einer Analyse des Degradationsgrads unter jeder der Bedingungen in 3 darstellt. 5 ist ein Diagramm, welches eine Haltbarkeit, die aus Betreiben auf einer Zeitbasis unter einer normalen Betriebsbedingung resultiert, und eine Haltbarkeit, die aus Betreiben auf einer Zeitbasis unter einer der Betriebsbedingung für beschleunigte Degradation resultiert, darstellt. 6 ist ein Diagramm, welches eine Beschleunigte-Degradation-Geschwindigkeit unter einer Beschleunigte-Degradation-Betriebsbedingung und eine Degradationsgeschwindigkeit unter der normalen Betriebsbedingung darstellt. 7 ist ein Diagramm, welches Schritte des Berechnens eines Beschleunigungsmultiplikators darstellt. 8 ist ein Diagramm, welches Schritte des Vorhersagens der Lebensdauer der Membran-Elektroden-Anordnung basierend auf dem Beschleunigungsmultiplikator darstellt. 9 ist ein Diagramm, welches Schritt des Ermittelns der Effektivität der hergeleiteten Betriebsbedingung für beschleunigte Degradation darstellt.
  • Wie in 1 dargestellt, weist ein Verfahren zum Vorhersagen einer Lebensdauer einer Membran-Elektroden-Anordnung (auch Membranelektrodenanordnung - Englisch „Membrane Electrode Assembly“) einer Brennstoffzelle zur elektrischen Energieerzeugung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung auf: Schritt S100 des Herleitens einer Betriebsbedingung für beschleunigte Degradation, welche auf die Brennstoffzelle anwendbar (z.B. übertragbar) ist, Schritt S200 des Betreibens der Brennstoffzelle für eine bestimmte Zeit unter der hergeleiteten Betriebsbedingung für beschleunigte Degradation und unter der normalen Betriebsbedingung (z.B. Normalbetrieb-Bedingung) und dann Ermittelns (z.B. Identifizieren, Bestimmen) eines Degradationsgrads (z.B. Verschlechterungsgrads, Alterungsgrads) der Brennstoffzelle unter jeder der Betriebsbedingungen, Schritt S300 des Berechnens eines Beschleunigungsmultiplikators (z.B. Beschleunigungsvielfachen) basierend auf dem Degradationsgrad, welcher unter der Betriebsbedingung für beschleunigte Degradation und unter der normalen Betriebsbedingung ermittelt wurde, und Schritt S400 des Vorhersagens der Lebensdauer der Membran-Elektroden-Anordnung basierend auf dem berechneten Beschleunigungsmultiplikator.
  • Schritt S100 des Herleitens einer Betriebsbedingung für beschleunigte Degradation, welche auf die Brennstoffzelle anwendbar ist, weist insbesondere, wie in 2 dargestellt, auf: Schritt S110 des Anlegens (z.B. Aufbringens, Anwendens) eines bestimmten elektrischen Stroms an die Brennstoffzelle, wobei aber die Brennstoffzelle mit einer bestimmten Zeitdauer wiederholt betrieben wird, während Relative-Feuchtigkeit-Bedingungen (z.B. Relative-Luftfeuchtigkeit-Bedingungen) einer Anode und einer Kathode der Brennstoffzelle und eine Temperaturbedingung der Brennstoffzelle verändert werden, und des dann Ermittelns (z.B. Identifizieren, Bestimmen) des Degradationsgrads und der Tendenz des Degradationsgrads unter jeder der Bedingungen, Schritt S120 des Prüfens, ob der ermittelte Degradationsgrad unter jeder der Bedingungen innerhalb eines vorbestimmten Degradationsgrad-Bereichs liegt oder ob nicht, und des Vergleichens der Tendenz des Degradationsgrads mit einer Tendenz für den Degradationsgrad, welche nach dem Betreiben der Brennstoffzelle unter normalen Betriebsbedingung ermittelt wird, und Schritt S130 des Auswählens einer Bedingung, unter welcher der Degradationsgrad innerhalb des vorbestimmten Degradationsgrad-Bereichs liegt und unter welcher die Tendenz des Degradationsgrads gleich der Tendenz für den Degradationsgrad, welche unter der normalen Betriebsbedingung ermittelt wird, aus den ermittelten Degradationsgraden ist.
  • In dem Schritt des Anlegens eines bestimmten elektrischen Stroms an die Brennstoffzelle, wobei aber die Brennstoffzelle mit einer bestimmten Zeitdauer wiederholt betrieben wird, während Relative-Feuchtigkeit-Bedingungen einer Anode und einer Kathode der Brennstoffzelle und eine Temperaturbedingung der Brennstoffzelle verändert werden, und des dann Ermittelns des Degradationsgrads und der Tendenz des Degradationsgrads unter jeder der Bedingungen wird gemäß einer beispielhaften Ausführungsform, wie in 3 dargestellt, die Brennstoffzelle insbesondere wiederholt für eine bestimmte Zeitdauer unter sechs verschiedenen Bedingungen betrieben und werden dann der Degradationsgrad und die Tendenz des Degradationsgrads unter jeder der Bedingungen in 4 ermittelt.
  • Schritte des Ermittelns des Degradationsgrads und der Tendenz des Degradationsgrads unter jeder der Bedingungen (Bedingung 1 bis Bedingung 6) werden nachfolgend unter Bezugnahme auf 3 und 4 beschrieben.
  • Bedingung 1
    • 1-1. In einem Zustand, in dem ein Stapel (auch Stack genannt) einer Brennstoffzelle auf 90 Grad erwärmt ist, werden Wasserstoff und Sauerstoff jeweilig einer Anode und einer Kathode bei einer relativen Feuchtigkeit bzw. Feuchte von 50% zugeführt, wird ein elektrischer Strom (z.B. mit einer elektrischen Stromdichte) von X A/cm2 an die Brennstoffzelle angelegt und wird die Brennstoffzelle für 60 Minuten betrieben.
    • 1-2. Nach 60 Minuten wird das Anlegen des elektrischen Stroms an die Brennstoffzelle gestoppt und wird folglich in einen Leerlaufspannung-(OCV-)Zustand eingetreten. In diesem Zustand werden Wasserstoff und Sauerstoff jeweilig der Anode und der Kathode bei einer relativen Feuchtigkeit von 50% zugeführt, und die Brennstoffzelle wird für 60 Minuten betrieben.
    • 1-3. Die Vorgänge 1-1 und 1-2 werden wiederholt durchgeführt, und der Degradationsgrad und die Tendenz des Degradationsgrads werden in einem Intervall von 100 Stunden durch Leistungsanalyse ermittelt.
  • Bedingung 2
    • 2-1. In einem Zustand, in dem ein Stapel (auch Stack genannt) einer Brennstoffzelle auf 90 Grad erwärmt ist, werden Wasserstoff und Sauerstoff jeweilig der Anode und der Kathode bei einer relativen Feuchtigkeit von 50% zugeführt, wird ein elektrischer Strom von X A/cm2 an die Brennstoffzelle angelegt und wird die Brennstoffzelle für 60 Minuten betrieben.
    • 2-2. Nach 60 Minuten wird das Anlegen des elektrischen Stroms an die Brennstoffzelle (z.B. als CC bezeichnet) gestoppt und wird folglich in einen Leerlaufspannung-(OCV-)Zustand eingetreten. In diesem Zustand werden Wasserstoff und Sauerstoff jeweilig der Anode und der Kathode bei einer relativen Feuchtigkeit von 0% zugeführt, und die Brennstoffzelle wird für 60 Minuten betrieben.
    • 2-3. Die Vorgänge 2-1 und 2-2 werden wiederholt durchgeführt, und der Degradationsgrad und die Tendenz des Degradationsgrads werden in einem Intervall von 100 Stunden durch die Leistungsanalyse ermittelt.
  • Bedingung 3
    • 3-1. In einem Zustand, in dem ein Stapel (auch Stack genannt) einer Brennstoffzelle auf 75 Grad erwärmt ist, werden Wasserstoff und Sauerstoff jeweilig der Anode und der Kathode bei einer relativen Feuchtigkeit von 50% zugeführt, wird ein elektrischer Strom von X A/cm2 an die Brennstoffzelle angelegt und wird die Brennstoffzelle für 60 Minuten betrieben.
    • 3-2. Nach 60 Minuten wird das Anlegen des elektrischen Stroms an die Brennstoffzelle gestoppt und wird folglich in einen Leerlaufspannung-(OCV-)Zustand eingetreten. In diesem Zustand werden Wasserstoff und Sauerstoff jeweilig der Anode und der Kathode bei einer relativen Feuchtigkeit von 0% zugeführt, und die Brennstoffzelle wird für 60 Minuten betrieben.
    • 3-3. Die Vorgänge 3-1 und 3-2 werden wiederholt durchgeführt, und der Degradationsgrad und die Tendenz des Degradationsgrads werden in einem Intervall von 100 Stunden durch die Leistungsanalyse ermittelt.
  • Bedingung 4
    • 4-1. In einem Zustand, in dem ein Stapel (auch Stack genannt) einer Brennstoffzelle auf 60 Grad erwärmt ist, werden Wasserstoff und Sauerstoff jeweilig der Anode und der Kathode bei einer relativen Feuchtigkeit von 50% zugeführt, wird ein elektrischer Strom von X A/cm2 an die Brennstoffzelle angelegt und wird die Brennstoffzelle für 60 Minuten betrieben.
    • 4-2. Nach 60 Minuten wird das Anlegen des elektrischen Stroms an die Brennstoffzelle gestoppt und wird folglich in einen Leerlaufspannung-(OCV-)Zustand eingetreten. In diesem Zustand werden Wasserstoff und Sauerstoff jeweilig der Anode und der Kathode bei einer relativen Feuchtigkeit von 0% zugeführt, und die Brennstoffzelle wird für 60 Minuten betrieben.
    • 4-3. Die Vorgänge 4-1 und 4-2 werden wiederholt durchgeführt, und der Degradationsgrad und die Tendenz des Degradationsgrads werden in einem Intervall von 100 Stunden durch die Leistungsanalyse ermittelt.
  • Bedingung 5
    • 5-1. In einem Zustand, in dem ein Stapel (auch Stack genannt) einer Brennstoffzelle auf 60 Grad erwärmt ist, werden Wasserstoff und Sauerstoff jeweilig der Anode und der Kathode bei einer relativen Feuchtigkeit von 50% zugeführt, wird ein elektrischer Strom von X A/cm2 an die Brennstoffzelle angelegt und wird die Brennstoffzelle für 5 Minuten betrieben.
    • 5-2. Nach 5 Minuten wird das Anlegen des elektrischen Stroms an die Brennstoffzelle gestoppt und wird folglich in einen Leerlaufspannung-(OCV-)Zustand eingetreten. In diesem Zustand werden Wasserstoff und Sauerstoff jeweilig der Anode und der Kathode bei einer relativen Feuchtigkeit von 0% zugeführt, und die Brennstoffzelle wird für 5 Minuten betrieben.
    • 5-3. Die Vorgänge 5-1 und 5-2 werden wiederholt durchgeführt, und der Degradationsgrad und die Tendenz des Degradationsgrads werden in einem Intervall von 100 Stunden durch die Leistungsanalyse ermittelt.
  • Bedingung 6
    • 6-1. In einem Zustand, in dem ein Stapel (auch Stack genannt) einer Brennstoffzelle auf 60 Grad erwärmt ist, werden Wasserstoff und Sauerstoff jeweilig der Anode und der Kathode bei einer relativen Feuchtigkeit von 100% zugeführt, wird ein elektrischer Strom von X A/cm2 an die Brennstoffzelle angelegt und wird die Brennstoffzelle für 60 Minuten betrieben.
    • 6-2. Nach 60 Minuten wird das Anlegen des elektrischen Stroms an die Brennstoffzelle gestoppt und wird folglich in einen Leerlaufspannung-(OCV-)Zustand eingetreten. In diesem Zustand werden Wasserstoff und Sauerstoff jeweilig der Anode und der Kathode bei einer relativen Feuchtigkeit von 0% zugeführt, und die Brennstoffzelle wird für 5 Minuten betrieben.
    • 6-3. Die Vorgänge 6-1 und 6-2 werden wiederholt durchgeführt, und der Degradationsgrad und die Tendenz des Degradationsgrads werden in einem Intervall von 100 Stunden durch die Leistungsanalyse ermittelt.
  • Unter Bedingung 1 bis Bedingung 6 reicht ein Wert von X des elektrischen Stroms von X A/cm2, welcher an die Brennstoffzelle angelegt wird, von 0 bis 1,5.
  • Die Brennstoffzelle wird unter Bedingung 1 bis Bedingung 6 betrieben, und dann können der Degradationsgrad und die Tendenz des Degradationsgrads, wie in 4 dargestellt, unter jeder der Bedingungen ermittelt werden. An dieser Stelle geben der Degradationsgrad und die Tendenz des Degradationsgrads an, welche der in der Brennstoffzelle enthaltenen Komponenten, wie zum Beispiel ein Katalysator, eine Membran und eine Gasdiffusionsschicht (GDL), stärker degradiert (z.B. verschlechtert, gealtert) ist.
  • Der Degradationsgrad und die Tendenz des Degradationsgrads, wie in 4 dargestellt, können zudem auf Grundlage von mindestens einer von einer Leerlaufspannung-(OCV-)Analyse (wobei OCV vom Englischen „Open Circuit Voltage“ abgeleitet ist), einer Spannungsdichte-Analyse, einer Analyse der elektrischen Stromdichte, einer ohmschen Analyse (z.B. Widerstandsanalyse), einer Übergangsanalyse (z.B. Durchgangsanalyse) oder einer Elektrochemische-Oberflächenbereich-(ECSA-)Analyse ermittelt werden. Die Leerlaufspannung-(OCV-)Analyse ermittelt, wie sehr die Membran beschädigt ist. Die Spannungsdichte-Analyse und die Analyse der elektrischen Stromdichte ermitteln, wie sehr die Leistung aller Stapel der Brennstoffzelle abnimmt. Die ohmsche Analyse ermittelt, wie sehr der Widerstand des Stapels der Brennstoffzelle zugenommen hat. Die Übergangsanalyse ermittelt, wie sehr die Membran den Durchgang von Wasserstoff erlaubt. Die ECSA-Analyse ermittelt, wie sehr ein Aktivierungsbereich des Katalysators verringert ist. Der Degradationsgrad der Brennstoffzelle wird mit einem Ergebnis einer jeder dieser Analysen ermittelt.
  • Gemäß der vorliegenden Offenbarung werden der Degradationsgrad und die Tendenz des Degradationsgrads unter Bedingung 1 bis Bedingung 6 wie vorstehend beschrieben ermittelt. Daraufhin wird geprüft, ob der ermittelte Degradationsgrad unter jeder der Bedingungen innerhalb eines vorbestimmten Degradationsgrad-Bereichs liegt oder ob nicht, und die Tendenz des Degradationsgrads wird mit der Tendenz für den Degradationsgrad, welche nach dem Betreiben der Brennstoffzelle (z.B. unter normalen Bedingungen) ermittelt wird, verglichen. Danach wird eine Bedingung, unter welcher der Degradationsgrad, welcher unter Bedingung 1 bis Bedingung 6 ermittelt wird, innerhalb des vorbestimmten Degradationsgrad-Bereichs liegt, und unter welcher die Tendenz des Degradationsgrads gleich der Tendenz für den Degradationsgrad, welche unter der normalen Betriebsbedingung ermittelt wird, ist, als die Betriebsbedingung für beschleunigte Degradation, welche auf die Brennstoffzelle anwendbar ist, ausgewählt.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ist vorbestimmte Degradationsgrad-Bereich ein Bereich von Degradationsgraden, bei welchem die Leistungsfähigkeit des Stapels der Brennstoffzelle um 5% bis 20% seiner anfänglichen Leistungsfähigkeit mit einer Spannung des Stapels der Brennstoffzelle als Referenz bzw. Bezugsgröße abnimmt. An dieser Stelle meint ein Zeitpunkt, wann die Leistungsfähigkeit um 20% einer anfänglichen Leistungsfähigkeit mit einer Spannung des Stapels der Brennstoffzelle als Referenz abnimmt, einen Zeitpunkt, zu dem Betreiben eines relevanten Brennstoffzellensystems beendet sein muss. Ferner meint ein Zeitpunkt, wann die Leistungsfähigkeit um 5% einer anfänglichen Leistungsfähigkeit mit einer Spannung des Stapels der Brennstoffzelle als Referenz abnimmt, einen Anfangszeitpunkt, zu dem der Degradationsgrad eines Bestandteils innerhalb eines relevanten Stapels der Brennstoffzelle ermittelt werden kann.
  • Mit anderen Worten wird ermittelt, unter welcher Bedingung von Bedingung 1 bis Bedingung 6 die Leistungsfähigkeit um 5% bis 20% der anfänglichen Leistungsfähigkeit mit der Spannung des Stapels der Brennstoffzelle als Referenz abnimmt, und wird ermittelt, unter welcher Bedingung die Tendenz des Degradationsgrads mit einer Bedingung für die Tendenz für den Degradationsgrad, welche nach dem Betreiben der Brennstoffzelle unter einer Normalbedingung ermittelt wird, übereinstimmt. Die sich ergebende Bedingung wird daher als die Betriebsbedingung für beschleunigte Degradation, welche auf die Brennstoffzelle anwendbar ist, ausgewählt.
  • Wiederum kann, in Schritt S200 des Betreibens der Brennstoffzelle für eine bestimmte Zeit unter der hergeleiteten Betriebsbedingung für beschleunigte Degradation und unter der normalen Betriebsbedingung und des dann Ermittelns eines Degradationsgrads der Brennstoffzelle unter jeder der Betriebsbedingungen, die Brennstoffzelle für eine bestimmte Zeit unter der Betriebsbedingung für beschleunigte Degradation, welche in Schritt S100 hergeleitet wird, und unter einer normalen Betriebsbedingung betrieben werden, und dann können der Degradationsgrad der Brennstoffzelle und die Tendenz des Degradationsgrads davon unter jeder der Betriebsbedingungen ermittelt werden, wie in 5 dargestellt. 5 ist insbesondere ein Graph, welcher eine Spannung des Stapels der Brennstoffzelle unter jeder der Betriebsbedingungen bezüglich einer elektrische Stromdichte zeigt, welche aus Betreiben der Brennstoffzelle für die bestimmte Zeit unter der Betriebsbedingung für beschleunigte Degradation und der normalen Betriebsbedingung resultiert. Unter Bezugnahme auf 5 kann ein Maß (z.B. eine Rate) der Verringerung der Leistungsfähigkeit, d.h. der Degradationsgrad und die Tendenz des Degradationsgrads bzw. für den Degradationsgrad, unter jeder der Betriebsbedingungen anhand eines Maßes (z.B. einer Rate) der Verringerung der Spannung des Stapels der Brennstoffzelle ermittelt werden.
  • Schritt S300 des Berechnens eines Beschleunigungsmultiplikators basierend auf dem Degradationsgrad, welcher unter der Betriebsbedingung für beschleunigte Degradation und unter der normalen Betriebsbedingung in Schritt S200 ermittelt wurde, kann zudem aufweisen: Schritt S310 des Berechnens einer Beschleunigte-Degradation-Geschwindigkeit unter der Betriebsbedingung für beschleunigte Degradation basierend auf dem ermittelten Degradationsgrad unter der Betriebsbedingung für beschleunigte Degradation, Schritt S320 des Berechnens einer Normale-Degradation-Geschwindigkeit unter der normalen Betriebsbedingung basierend auf dem Degradationsgrad unter der hergeleiteten normalen Betriebsbedingung, und Schritt S330 des Berechnens des Beschleunigungsmultiplikators durch Dividieren der Beschleunigte-Degradation-Geschwindigkeit durch die Normale-Degradation-Geschwindigkeit.
  • Um die Beschleunigte-Degradation-Geschwindigkeit und die Normale-Degradation-Geschwindigkeit zu berechnen, wird insbesondere ein Graph, wie in 6, durch Abgleichen (z.B. insbesondere Verbinden von Spannungswerten über der Zeit) eines Spannungswerts auf einer Zeitbasis (z.B. über der Zeit) aus dem Graph in 5 mit derselben elektrischen Stromdichte als Referenz bzw. Bezugsgröße erlangt. Unter Bezugnahme auf 6 bedeutet eine Steigung von Graph A die Normale-Degradation-Geschwindigkeit und bedeutet eine Steigung von Graph B die Beschleunigte-Degradation-Geschwindigkeit.
  • Mit dem vorstehend beschriebenen Verfahren werden die Beschleunigte-Degradation-Geschwindigkeit und die Normale-Degradation-Geschwindigkeit berechnet und wird dann der Beschleunigungsmultiplikator durch Dividieren der Beschleunigte-Degradation-Geschwindigkeit durch die Normale-Degradation-Geschwindigkeit berechnet.
  • Der Beschleunigungsmultiplikator gibt an dieser Stelle an, um wieviel mehr die Brennstoffzelle degradiert wird, wenn sie unter der Betriebsbedingung für beschleunigte Degradation betrieben wird, als wenn sie unter der normalen Betriebsbedingung betrieben wird.
  • Der Schritt S400 des Vorhersagens der Lebensdauer der Membran-Elektroden-Anordnung basierend auf dem berechneten Beschleunigungsmultiplikator kann andererseits aufweisen: Schritt S410 des Herleitens der Zeit, welche die Leistung der Brennstoffzelle benötigt, bis sie um einen vorbestimmten Prozentsatz ihrer Anfangsleistung abnimmt, wenn die Brennstoffzelle unter der Betriebsbedingung für beschleunigte Degradation betrieben wird, und Schritt S420 des Vorhersagens der Lebensdauer der Membran-Elektroden-Anordnung durch Multiplizieren der hergeleiteten Zeit und des Beschleunigungsmultiplikators.
  • Wenn gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der in Schritt S300 berechnete Beschleunigungsmultiplikator 20 beträgt und in einem Fall, in dem die Brennstoffzelle unter der normalen Betriebsbedingung betrieben wird, die Zeit, welche die Leistung der Membran-Elektroden-Anordnung benötigt, bis sie um 20% ihrer Anfangsleistung abnimmt, 1.000 Stunden beträgt, dann beträgt die Lebenserwartung der Membran-Elektroden-Anordnung der Brennstoffzelle 20.000 Stunden, was aus dem Multiplizieren von 1.000 Stunden mit 20 resultiert. An dieser Stelle meint ein Zeitpunkt, wann die Leistungsfähigkeit um 20% einer anfänglichen Leistungsfähigkeit abnimmt, einen Zeitpunkt, zu dem Betreiben eines relevanten Brennstoffzellensystems beendet sein muss.
  • Auf diese Weise kann gemäß der vorliegenden Offenbarung die Betriebsbedingung für beschleunigte Degradation, welche auf die Brennstoffzelle anwendbar ist, hergeleitet werden und kann die Lebenserwartung der Membran-Elektroden-Anordnung der Brennstoffzelle auf einfache Weise unter Verwendung der hergeleiteten Betriebsbedingung für beschleunigte Degradation vorhergesagt werden.
  • Außerdem kann das Verfahren zum Vorhersagen einer Lebensdauer einer Membran-Elektroden-Anordnung einer Brennstoffzelle gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ferner aufweisen: Schritt S500 des Herleitens einer Optimalbedingung für einen elektrischen Strom, welcher auf die Brennstoffzelle aufzubringen ist, so dass die Brennstoffzelle optimale Haltbarkeit hat, mit der hergeleiteten Betriebsbedingung für beschleunigte Degradation, welche auf die Brennstoffzelle anwendbar ist, als Referenz bzw. Bezugsgröße, im Anschluss an den Schritt des Herleitens der Betriebsbedingung für beschleunigte Degradation, welche auf die Brennstoffzelle anwendbar ist.
  • Insbesondere kann der Schritt des Herleitens der Optimalbedingung für den elektrischen Strom, welcher auf die Brennstoffzelle aufzubringen ist, aufweisen: Schritt S510 des Festlegens der Relative-Feuchtigkeit-Bedingungen der Anode und der Kathode der Brennstoffzelle und einer Temperaturbedingung der Brennstoffzelle unter den hergeleiteten Betriebsbedingungen für beschleunigte Degradation, des dann Anlegens mehrerer unterschiedlicher elektrischer Ströme an die Brennstoffzelle, des Betreibens der Brennstoffzelle und des Ermittelns (z.B. Erkennens, Identifizierens) des Degradationsgrads der Brennstoffzelle unter einer Betriebsbedingung für jeden der mehreren elektrischen Ströme, und Schritt S520 des Auswählens, als eine Optimalbedingung für einen elektrischen Strom, einer Bedingung für einen elektrischen Strom, unter welcher der Degradationsgrad der Brennstoffzelle am niedrigsten ist.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform werden insbesondere die Relative-Feuchtigkeit-Bedingungen der Anode und der Kathode der Brennstoffzelle und die Temperaturbedingung der Brennstoffzelle unter den hergeleiteten Betriebsbedingungen für beschleunigte Degradation festgelegt (z.B. entsprechend festgelegte Bedingungen geschaffen). Danach werden unterschiedliche elektrische Ströme, d.h. ein elektrischer Strom von (z.B. mit einer Stromdichte von) 0,2 A/cm2, ein elektrischer Strom von 0,5 A/cm2, ein elektrischer Strom von 1,0 A/cm2, an die Brennstoffzelle angelegt, wird die Brennstoffzelle betrieben, wird ihr jeweiliger Degradationsgrad unter einer Bedingung für jeden der elektrischen Ströme ermittelt und wird eine Bedingung, unter welcher der Degradationsgrad am niedrigsten ist, als eine Optimalbedingung für einen elektrischen Strom ausgewählt.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung können die vorstehend beschriebenen Schritte des Verfahrens zum Vorhersagen einer Lebensdauer einer MEA einer Brennstoffzelle zur elektrischen Energieerzeugung durch einen Prozessor (z.B. einen Computer, einen Mikroprozessor, eine CPU, ASIC, Schaltungen, Logikschaltkreise, etc.) mit einem zugehörigen nichtflüchtigen Speicher, welcher Softwarebefehle für den Prozessor speichert, durchgeführt werden.

Claims (10)

  1. Verfahren zum Vorhersagen einer Lebensdauer einer Membran-Elektroden-Anordnung einer Brennstoffzelle zur elektrischen Energieerzeugung, das auf Verfahren aufweisend: Herleiten (S100) einer Betriebsbedingung für beschleunigte Degradation, welche auf die Brennstoffzelle anwendbar ist, Betreiben (S200) der Brennstoffzelle für eine bestimmte Zeit unter der hergeleiteten Betriebsbedingung für beschleunigte Degradation und unter einer normalen Betriebsbedingung und dann Ermitteln eines Degradationsgrads der Brennstoffzelle und einer Tendenz für deren Degradationsgrad unter jeder der Betriebsbedingungen, Berechnen (S300) eines Beschleunigungsmultiplikators basierend auf dem Degradationsgrad, welcher unter der Betriebsbedingung für beschleunigte Degradation und unter der normalen Betriebsbedingung ermittelt wurde, und Vorhersagen (S400) der Lebensdauer der Membran-Elektroden-Anordnung basierend auf dem Beschleunigungsmultiplikator.
  2. Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Herleiten (S100) einer Betriebsbedingung für beschleunigte Degradation aufweist: Anlegen (S110) eines bestimmten elektrischen Stroms an die Brennstoffzelle, wobei aber die Brennstoffzelle mit einer bestimmten Zeitdauer wiederholt betrieben wird, während Relative-Feuchtigkeit-Bedingungen einer Anode und einer Kathode der Brennstoffzelle und eine Temperaturbedingung der Brennstoffzelle verändert werden, und Ermitteln des Degradationsgrads und der Tendenz des Degradationsgrads unter jeder der Relative-Feuchtigkeit- und Temperaturbedingungen, Prüfen (S120), ob der ermittelte Degradationsgrad unter jeder der Relative-Feuchtigkeit- und Temperaturbedingungen innerhalb eines vorbestimmten Degradationsgrad-Bereichs liegt oder ob nicht, und Vergleichen der ermittelten Tendenz des Degradationsgrads mit einer Tendenz für den Degradationsgrad, welche nach dem Betreiben der Brennstoffzelle unter normalen Betriebsbedingung ermittelt wird, und Auswählen (S130) einer Bedingung, unter welcher der ermittelte Degradationsgrad unter jeder der Relative-Feuchtigkeit- und Temperaturbedingungen innerhalb des vorbestimmten Degradationsgrad-Bereichs liegt und unter welcher die Tendenz des Degradationsgrads gleich der Tendenz für den Degradationsgrad, welche unter der normalen Betriebsbedingung ermittelt wird, ist.
  3. Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei der Degradationsgrad und die Tendenz für den Degradationsgrad angeben, welche der Komponenten der Brennstoffzelle, die einen Katalysator, eine Membran und eine Gasdiffusionsschicht (GDL) umfassen, am meisten degradiert ist.
  4. Verfahren gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, wobei, bei dem Betreiben der Brennstoffzelle für eine bestimmte Zeit unter der hergeleiteten Betriebsbedingung für beschleunigte Degradation und unter einer normalen Betriebsbedingung und dann Ermitteln eines Degradationsgrads der Brennstoffzelle und einer Tendenz für deren Degradationsgrad unter jeder der Betriebsbedingungen, der Degradationsgrad und die Tendenz des Degradationsgrads auf Grundlage von mindestens einer von einer Leerlaufspannung-(OCV-)Analyse, einer Spannungsdichte-Analyse, einer Analyse der elektrischen Stromdichte, einer ohmschen Analyse, einer Übergangsanalyse oder einer Elektrochemische-Oberflächenbereich-(ECSA-)Analyse ermittelt werden.
  5. Verfahren gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Berechnen (S300) eines Beschleunigungsmultiplikators basierend auf dem Degradationsgrad, welcher unter den Betriebsbedingung für beschleunigte Degradation und unter den normalen Betriebsbedingung ermittelt wird, aufweist: Berechnen (S310) einer Beschleunigte-Degradation-Geschwindigkeit unter der Betriebsbedingung für beschleunigte Degradation basierend auf dem ermittelten Degradationsgrad unter der hergeleiteten Betriebsbedingung für beschleunigte Degradation, Berechnen (S320) einer Normale-Degradation-Geschwindigkeit unter der normalen Betriebsbedingung basierend auf dem ermittelten Degradationsgrad unter der normalen Betriebsbedingung, und Berechnen (S330) des Beschleunigungsmultiplikators durch Dividieren der Beschleunigte-Degradation-Geschwindigkeit durch die Normale-Degradation-Geschwindigkeit.
  6. Verfahren gemäß Anspruch 5, wobei die Beschleunigte-Degradation-Geschwindigkeit und die Normale-Degradation-Geschwindigkeit eine Steigung einer Kurve angeben, welche erlangt wird, indem ein Spannungswert auf einer Zeitbasis mit derselben elektrischen Stromdichte als Referenz abgeglichen wird, nach dem Betreiben der Brennstoffzelle auf einer Zeitbasis unter der normalen Betriebsbedingung und unter der Betriebsbedingung für beschleunigte Degradation.
  7. Verfahren gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Beschleunigungsmultiplikator angibt, wieviel mehr die Brennstoffzelle degradiert wird, wenn sie unter der Betriebsbedingung für beschleunigte Degradation betrieben wird, als wie dann, wenn sie unter der normalen Betriebsbedingung betrieben wird.
  8. Verfahren gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Vorhersagen (S400) der Lebensdauer der Membran-Elektroden-Anordnung basierend auf dem Beschleunigungsmultiplikator aufweist: Herleiten (S410) der Zeit, welche die Leistung der Brennstoffzelle benötigt, bis diese um einen vorbestimmten Prozentsatz von einer Anfangsleistung abnimmt, wenn die Brennstoffzelle unter der Betriebsbedingung für beschleunigte Degradation betrieben wird, und Vorhersagen (S420) der Lebensdauer der Membran-Elektroden-Anordnung durch Multiplizieren der hergeleiteten Zeit und des Beschleunigungsmultiplikators.
  9. Verfahren gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 8, ferner aufweisend: Herleiten (S500) einer Optimalbedingung für einen elektrischen Strom, welcher auf die Brennstoffzelle aufzubringen ist, so dass die Brennstoffzelle optimale Haltbarkeit hat, auf Grundlage der hergeleiteten Betriebsbedingung für beschleunigte Degradation, welche auf die Brennstoffzelle anwendbar ist.
  10. Verfahren gemäß Anspruch 9, wobei das Herleiten (S500) einer Optimalbedingung für einen elektrischen Strom, welcher auf die Brennstoffzelle aufzubringen ist, aufweist: Festlegen (S510) von Relative-Feuchtigkeit-Bedingungen der Anode und der Kathode der Brennstoffzelle und einer Temperaturbedingung der Brennstoffzelle von den hergeleiteten Betriebsbedingungen für beschleunigte Degradation, Betreiben der Brennstoffzelle durch Anlegen mehrerer unterschiedlicher elektrischer Ströme an die Brennstoffzelle, und Ermitteln des Degradationsgrads der Brennstoffzelle unter einer Betriebsbedingung für jeden der mehreren elektrischen Ströme, und Auswählen (S520), als eine Optimalbedingung für einen elektrischen Strom, einer Bedingung für einen elektrischen Strom, unter welcher der Degradationsgrad der Brennstoffzelle am niedrigsten ist.
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