HAlMa – H2- & Kationen-Kontamination: Alterungs-Effekte, Material- und Sensorentwicklung

Laufzeit: 12/2016 - 12/2020
Auftraggeber / Zuwendungsgeber:
Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi), Projektträger Jülich (PTJ)
Kooperationspartner: HYDAC Electronic GmbH, ZeMA – Zentrum für Mechatronik und Automatisierungstechnik gGmbH, Shell AG, Institut für vernetzte Energiesysteme (DLR-VE), FUMATECH GmbH
Projektfokus:
Wasserstofftankstelle des Fraunhofer ISE.
© Fraunhofer ISE/Foto: Sven Ehlers
Wasserstofftankstelle des Fraunhofer ISE.
© Hydac Electronic GmbH
Zu testendes Sensorsystem.
Spannungsabfall bei Schadgaskontamination niedrigstbeladener Anoden in Abhängigkeit der Schadgaskonzentration. Angegeben sind die relativen Konzentrationen mit Bezug auf die Maximalkonzentrationen laut ISO 14687-2:2012.
© Fraunhofer ISE
Spannungsabfall bei Schadgaskontamination niedrigstbeladener Anoden in Abhängigkeit der Schadgaskonzentration. Angegeben sind die relativen Konzentrationen mit Bezug auf die Maximalkonzentrationen laut ISO 14687-2:2012.

Mit Brennstoffzellen angetriebene Elektrofahrzeuge verursachen im Betrieb keine Emissionen und Wasserstoff als Kraftstoff kann mittels Wasserelektrolyse in Verbindung mit regenerativen Stromerzeugern ebenfalls emissionsfrei erzeugt werden. Wasserstoff an Tankstellen kann jedoch aufgrund der diversen, aktuell verwendeten Herstellprozesse oder der Lieferkette Spuren von Verunreinigungen enthalten, die schädlich für die Brennstoffzelle sind. Die einschlägigen Normen definieren deswegen Grenzwerte für Verunreinigungen im Bereich von wenigen ppm. Aktuell kann die Einhaltung dieser Grenzwerte an Tankstellen jedoch nicht überwacht, sondern nur punktuell durch teure Laborverfahren überprüft werden.

Im Projekt Halma wird - neben Analysen zum Schädigungspotenzial von Schadgasen und der Entwicklung neuer Membranen - durch die Partner HYDAC und ZeMa ein Sensorsystem entwickelt, welches die Qualität des Wasserstoffs im Betrieb überwacht und mögliche Kontaminationen detektiert. Ziel ist der Einsatz des Sensors im Hochdruckbereich von Wasserstoff-Tankstellen zur regelmäßigen und kostengünstigen Überwachung der Wasserstoff-Qualität. Shell begleitet diese Arbeiten als assoziierter Partner.

Betestung eines Wasserstoff-Qualitätssensors unter Realbedingungen

Das Fraunhofer ISE übernimmt in diesem Projektteil die Betestung und Charakterisierung des Sensors. Hierfür wird der Prototyp des Sensors an der hauseigenen Tankstelle installiert und im Regelbetrieb der Tankstelle mitbetrieben und überwacht. Die Onsite-Versorgung der Tankstelle mit Elektrolyse-Wasserstoff kann jedoch nahezu keine Verunreinigungen verursachen. Um die Funktion des Sensors auch bei Verunreinigung testen zu können und um die Funktion des Sensors zu validieren, werden neben dem Demonstrationsbetrieb zusätzlich Messkampagnen mit gezielter Verunreinigung der Tankstelle durchgeführt. Die Tankstelle steht während der Messkampagne natürlich nicht für Betankungen zu Verfügung.

Analysen zum Schädigungspotenzial von Schadgasen und der Entwicklung neuer Membranen

In einem weiteren Projektteil untersuchen wir das Schädigungspotenzial von Schadgasen sowie Korrosionsprodukten (Kationen) im Wasserstoff für Membran und Anode. Hierzu werden umfangreiche Materialanalysen durchgeführt und Testverfahren entwickelt.

 

 

 

© Fraunhofer ISE
Fluor-Ionen-Konzentration im Elektrolyten nach Fenton-Tests mit verschiedenen Eisen-Ionen-Konzentrationen. Es ergibt sich ein Maximum der Eisen-Ionen-Konzentration für den Fenton-Effekt.