Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISEWir unterstützen die Entwicklung von Niedertemperatur-Membran-Brennstoffzellen in mobilen Anwendungen durch die Materialanalyse, Charakterisierung, Modellierung und Produktionsforschung von Einzelzellen, Zellstapeln sowie Systemen.
Brennstoffzellensysteme
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Labors
In Ergänzung zu unserer Forschung und Entwickung zum Thema Brennstoffzellensysteme bieten wir unseren Kunden Charakterisierungsdienstleistungen in unserem Laborzentrum:
Im »Zentrum für Elektrolyse, Brennstoffzellen und Synthetische Kraftstoffe« werden Komponenten und Subsysteme der Wasserstofftechnologie in den Bereichen PEM-Elektrolyse, PEM-Brennstoffzellen (besonders für die automobile Anwendung), Power-to-Gas (PtG) und Power-to-Liquid bzw. auch Power-to-Chemicals getestet und mit wissenschaftlich fundierten Methoden charakterisiert.
Charakterisierung von Komponenten, Zellen und Stacks
68-Kanalanlage zur ortsaufgelösten Charakterisierung von segmentierten Brennstoffzellen.
- Ortsaufgelöste Charakterisierung lokaler Effekte an segmentierten Einzelzellen mit bis zu 68 Kanälen und Strömen bis 790 A zur Überprüfung des Zelldesigns, für die Material- und Komponentenauswahl und für die Entwicklung von Betriebsstrategien. Charakterisierung mit Hilfe der elektrochemischen Impedanzspektroskopie, Chronovoltammetrie und Chronoamperometrie
- Charakterisierung von Brennstoffzellen-Stacks mit Strömen bis 1000 A zur Untersuchung des Stackdesigns und zur Entwicklung von Betriebsstrategien. Einzelzellmonitoring im Zellstapel mit Einzelzellspannungserfassung sowie elektrochemischer Impedanzspektroskopie an Einzelzellen. Zur systemnahen Stack-Charakterisierung können Peripheriekomponenten (Purge-Ventil, Anodenrezirkulationspumpe, Kathodenluftversorgung, Kühlung etc.) angesteuert werden
- Charakterisierung von Zellkomponenten und Lebensdaueruntersuchungen von Membranelektrodeneinheiten unter Einsatz der elektrochemischen Impedanzspektroskopie, Zyklovoltammetrie, Linear Sweep Voltammetrie, Grenzstromdichte und CO-Stripping
Charakterisierung von Systemen und Peripheriekomponenten
Teststand mit Mehrkanalanlage zur Brennstoffzellen-Stack- und Systemcharakterisierung in der Klimakammer.
- Eignungstests von Peripheriekomponenten auch unter extremen Klimabedingungen
- Untersuchung von Zell- und Systemkomponenten hinsichtlich ihrer chemischen Beständigkeit für den Einsatz in Brennstoffzellensystemen. Oberflächenanalysen mit ESEM / EDX. ICP-MS für die Elementanalyse in flüssigen Lösungen bzw. im Produktwasser
- Monitoring von Feldtests, Gutachten und wissenschaftliche Studien
Entwicklung von Stacks und Systemen
Wasserstoff-Brennstoffzellensystem zur jahreszeitlichen Energiespeicherung mit einer Ausgangsleistung von 1,5 kW.
- Validierung von Zell-, Stack- und Systemdesigns für elektrische Leistungen bis 50 kW.
- Entwicklung kundenspezifischer Brennstoffzellenteststände
- Entwicklung und experimentelle Validierung von Regelungsstrategien, Regelungs- und Leistungselektronik
- Entwicklung von Sicherheitstechnik für die Wasserstofftechnologie
Modellierung und Simulation von der Mikroskala bis zur Systemebene
Modellierung einer Brennstoffzellen-Elektrode mit inhomogenen Parametereigenschaften.
- Modellierung der Elektrode mit Hilfe eines analytischen Elektrodenmodells, z.B. um die Leistung und Alterung in Abhängigkeit von Potenzial- oder Lastzyklen zu untersuchen
- Strömungssimulation zur Auslegung von Einzelzellen und Stacks
- Systemmodellierung zur Optimierung des Systemwirkungsgrads. Dabei können wir die Auswirkungen unterschiedlicher Betriebsstrategien untersuchen
Produktionsforschung für Brennstoffzellen
Siebdruck zur Herstellung von Katalysatorschichten.
- Konzeptionierung von Membran-Elektroden-Einheiten (MEA)
- Evaluation von Maschinen, Komponenten und Materialien (Rohmaterialien, Pasten und Tinten, Membrane)
- Pasten- und Tintenentwicklung inklusive Homogenisierung und Charakterisierung
- Entwicklung von Prozessen und Qualitätssicherungsmethoden entlang der vollständigen MEA Wertschöpfungskette
- Ex-situ und in-situ-Charakterisierung von Schichten und Zellkomponenten
- Techno-ökonomische Bewertung von Produktionsprozessen
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