Brennstoffzellensysteme

Virtueller Rundgang durch das Brennstoffzellenlabor

Im Thema Brennstoffzellensysteme beschäftigen wir uns mit folgenden Arbeitsgebieten

 

Charakterisierung von Komponenten, Zellen und Stacks

 

Charakterisierung von Systemen und Peripherie­komponenten

 

Entwicklung von Stacks und Systemen

 

Produktionsforschung für Brennstoffzellen

 

Modellierung und Simulation von der Mikroskala bis zur Systemebene

Wir unterstützen die Entwicklung von Niedertemperatur-Membran-Brennstoffzellen in mobilen Anwendungen durch die Materialanalyse, Charakterisierung, Modellierung und Produktionsforschung von Einzelzellen, Zellstapeln sowie Systemen.

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.

Ausgewählte Forschungsprojekte

 

HAlMa

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

 

QuBK

Qualifizierung von Brennstoffzellen-Komponenten

 

DEKADE

Deutsch-Kanadische Brenstoff-Zellenkooperation: Diagnose und Entwicklung von Komponenten für Automobile Brennstoffzellen

 

BEPPEL

Bipolarplatten für Brennstoffzellen und Elektrolyseure

Ulf Groos

Contact Press / Media

Ulf Groos

Brennstoffzellensysteme

Fraunhofer ISE
Heidenhofstr. 2
79110 Freiburg

Telefon +49 761 4588-5202

Contact Press / Media

Dr.-Ing. Matthias Klingele

Einzelzellcharakterisierung, Materialien und Produktionstechnik

Fraunhofer ISE
Heidenhofstr. 2
79110 Freiburg

Telefon +49 761 4588-5432

Stefan Keller

Contact Press / Media

Stefan Keller

Charakterisierung von Stacks und Systemen

Fraunhofer ISE
Heidenhofstr. 2
79110 Freiburg

Telefon +49 761 4588-5207

Nada Zamel

Contact Press / Media

Dr. Nada Zamel

Charakterisierung von Kontaminationseffekten

Fraunhofer ISE
Heidenhofstr. 2
79110 Freiburg

Telefon +49 761 4588-5432

Dietmar Gerteisen

Contact Press / Media

Dr. Dietmar Gerteisen

Modellierung und Simulation

Fraunhofer ISE
Heidenhofstr. 2
79110 Freiburg

Telefon +49 761 4588-5205

Timo Kurz

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Dr. Timo Kurz

Stack-, System- und Teststandsentwicklung

Fraunhofer ISE
Heidenhofstr. 2
79110 Freiburg

Telefon +49 761 4588-5205

Thomas Jungmann

Contact Press / Media

Thomas Jungmann

Standardisierung und Test von Systemkomponenten

Fraunhofer ISE
Heidenhofstr. 2
79110 Freiburg

Telefon +49 761 4588-2453

Roman Keding

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Dr. Roman Keding

Produktionsforschung für Brennstoffzellen

Fraunhofer ISE
Heidenhofstr. 2
79110 Freiburg

Telefon +49 761 4588-5827

Charakterisierung von Komponenten, Zellen und Stacks

© Fraunhofer ISE
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

© Fraunhofer ISE
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

© Fraunhofer ISE
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

Produktionsforschung für Brennstoffzellen

Siebdruck zur Herstellung von Katalysatorschichten
© Fraunhofer ISE
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

Modellierung und Simulation von der Mikroskala bis zur Systemebene

© Fraunhofer ISE
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

Vorträge zum Thema Brennstoffzellensysteme

Veröffentlichungen

 

Jahr
Year
Titel/Autor:in
Title/Author
Publikationstyp
Publication Type
2021 Potenziale von Wasserstoff und regenerativen Kraftstoffen in der zukünftigen Mobilität
Groos, U.; Hadrich, M.; Salem, O.; Jochem, P.; Pregger, T.; Grube, T.; Koch, T.; Sauer, J.; Jörissen, L.
Vortrag
Presentation
2021 Activation mechanisms in the catalyst coated membrane of PEM fuel cells
Christmann, K.; Friedrich, K.A.; Zamel, N.
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2021 Verbundvorhaben "H2- und Kationen-Kontamination: Alterungseffekte, Material- und Sensorenentwicklung" (Halma*), Teilprojekt Kontaminationseffekte. Abschlussbericht
Prass, S.; Zamel, N.; Georg, A.; Groos, U.
Bericht
Report
2021 Fuel Cells, Stacks and Systems. Electrochemical Energy Applications: Fuel Cells and Electrolysis
Zamel, N.
Vortrag
Presentation
2021 From Catalyst Powder to Membrane Electrode Assembly - Results from HyFab
Clement, F.; Keding, R.; Klingele, M.; Ney, L.; Schneider, P.; Singh, R.; Groos, U.
Vortrag
Presentation
2021 The Role of Fuel Cells for the Energy Transformation in Mobility
Groos, U.
Vortrag
Presentation
2021 Lessons Learned from the Underrepresentation of Women in STEM: AI-enabled Solutions and More
Abuwatfa, W.; Zamel, N.; Al-Othman, A.
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2021 Catalyst Coated Membranes - their Structure, their Performance and their Durability
Zamel, N.
Vortrag
Presentation
2021 Application of Artificial Intelligence in the Context of Fuel Cells
Scherzer, A.-C.; Schneider, P.; Zamel, N.
Vortrag
Presentation
2021 Hydrogen Technologies for a Green Mobility
Groos, U.
Vortrag
Presentation
2021 Modeling the Flow Behavior of Catalyst Inks for PEM Fuel Cells by an Evolutionary Algorithm
Ney, L.; Singh, R.; Göttlicher, N.; Le, H.-P.; Tepner, S.; Klingele, M.; Keding, R.; Clement, F.
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2021 Application of Artificial Intelligence in the Context of Fuel Cells. An overview of surveyed literature
Scherzer, A.-C.; Schneider, P.; Zamel, N.
Vortrag
Presentation
2021 Pore-Scale Modeling of Anode Catalyst Layer Tolerance upon Hydrogen Sulfide Exposure in PEMFC
Hou, Y.; Prass, S.; Li, X.; Du, Q.; Jiao, K.; Zamel, N.
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2021 A Review of Functions, Attributes, Properties and Measurements for the Quality Control of Proton Exchange Membrane Fuel Cell Components
Yuan, X.; Nayoze-Coynel, C.; Shaigan, N.; Fisher, D.; Zhao, N.; Zamel, N.; Gazdzicki, P.; Ulsh, M.; Friedrich, K.A.; Girard, F.; Groos, U.
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2021 A Decade of German-Canadian Cooperation in Fuel Cells. Looking back at our story so far
Zamel, N.; Gerteisen, D.; Groos, U.; Hebling, C.
Vortrag
Presentation
2021 Characterizing Automotive PEMFC Membrane Electrode Assemblies
Groos, U.; Georg, A.; Gerteisen, G.; Hebling, C.; Klingele, M.; Sadeler, C.; Scherzer, A.; Schneider, P.
Vortrag
Presentation
2021 Reconstructing Porous Structures from FIB-SEM Image Data: Optimizing Sampling Scheme and Image Processing
Roldan, D.; Redenbach, C.; Schladitz, K.; Klingele, M.; Godehardt, M.
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2021 QuBK*: Qualifizierung von Brennstoffzellenkomponenten
Groos, U.; Klingele, M.; Schneider, P.
Vortrag
Presentation
2020 Impact of cyclic mechanical compression on the electrical contact resistance between the gas diffusion layer and the bipolar plate of a polymer electrolyte membrane fuel cell
Bouziane, K.; Khetabi, E.M.; Lachat, R.; Zamel, N.; Meyer, Y.; Candusso, D.
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2020 Full Parametric Study of the Influence of Ionomer Content, Catalyst Loading and Catalyst Type on Oxygen and Ion Transport in PEM Fuel Cell Catalyst Layers
Alink, Robert; Singh, Rajveer; Schneider, Patrick; Christmann, Kläre; Schall, Johannes; Keding, Roman; Zamel, Nada
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2020 Fundamentals, Materials, and Machine Learning of Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell Technology
Wang, Y.; Seo, B.; Wang, B.; Zamel, N.; Jiao, K.; Adroher, X.C.
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2020 Hydrogen Oxidation Artifact During Platinum Oxide Reduction in Cyclic Voltammetry Analysis of Low-Loaded PEMFC Electrodes
Prass, S.; St-Pierre, J.; Klingele, M.; Friedrich, K.A.; Zamel, N.
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2020 Production of Catalyst Coated Membranes for Low Temperature PEM Fuel Cells
Zamel, N.; Schneider, P.; Scherzer, A.-C.; Keding, R.; Singh, R.
Vortrag
Presentation
2020 Abschlussbericht für das Verbundvorhaben "Deutsch-Kanadische Brennstoffzellenkooperation: Diagnose und Entwicklung von Komponenten für automobile Brennstoffzellen" (Dekade*)
Zamel, N.; Gerteisen, D.; Scherzer, A.-C.; Schneider, P.D.; Groos, U.
Bericht
Report
2020 Chemische Degradation von Brennstoffzellen-Membranen: Ex-situ Analyse in Fenton-Tests
Prass, S.; Georg, A.; Zamel, N.
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2020 3D lattice Boltzmann modeling of droplet motion in PEM fuel cell channel with realistic GDL microstructure and fluid properties
Hou, Y.; Deng, H.; Zamel, N.; Du, Q.; Jiao, K.
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2019 Modelling and Validation of Potential-Induced Degradation in the Cathode Catalyst Layer of PEMFC
Gerteisen, D.; Schneider, P.; Scherzer, A.-C.; Park, J.; Suh, K.-W.; Sadeler, C.
Vortrag
Presentation
2019 Effects of ionomer gradients in cathode catalyst layers
Schneider, P.; Zamel, N.; Singh, R.; Christmann, K.; Keding, R.; Klingele, M.
Vortrag
Presentation
2019 Break-In of membrane electrode assemblies - State of knowledge and analysis of processes appearing
Christmann, Kläre; Alink, Robert; Groos, Ulf
Vortrag
Presentation
2019 State-of-Health Modelling and Analysis of Potential-Induced Degradation
Scherzer, A.; Sadeler, C.; Schneider, P.; Gerteisen, D.
Vortrag
Presentation
2019 Fast and Reliable State-of-Health Model of a PEM Cathode Catalyst Layer
Schneider, P.; Sadeler, C.; Scherzer, A.-C.; Zamel, N.; Gerteisen, D.
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2019 Advanced Characterization of Fuel Cell Stacks
Keller, S.
Vortrag
Presentation
2019 Effect of Fuel Impurities (CO, CO2, H2S) on PEMFCs with Ultra-low Loaded Anodic Catalyst Layers
Prass, S.
Vortrag
Presentation
2019 Latest findings from the canadian-german fuel cell collaboration
Groos, Ulf
Vortrag
Presentation
2019 Abschlussbericht für das Verbundvorhaben "SoHMuSDaSS: Sate-of-Health-Modellierung und Simulation, sowie Diagnose an Brennstoffzellen, -stapeln und systemen"
Groos, U.; Sadeler, C.
Bericht
Report
2019 Analysis of Processes Appearing in the Catalyst Layer During the Break-In Procedure of a PEM Fuel Cell
Christmann, K.; Alink, R.; Groos, U.
Vortrag
Presentation
2019 FuelCells4Future - Mit Brennstoffzellen in eine nachhaltige Zukunft?!
Keller, S.; Jungmann, T.
Vortrag
Presentation
2018 LADOG - Brennstoffzelle und Batterie als Dieselersatz
Keller, S.; Christmann, K.; Heuer, A.
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2018 Heating of low and high temperature PEM fuel cells with alternating current
Kurz, T.; Küfner, F.; Gerteisen, D.
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2018 Simulation von potentialgetriebenen Degradationsprozessen
Scherzer, A.-C.; Schneider, P.; Sadeler, C.; Zamel, N.; Gerteisen, D.
Vortrag
Presentation
2018 Characteristic time constants derived from the low-frequency arc of impedance spectra of fuel cell stacks
Keller, S.; Özel, T.; Scherzer, A.-C.; Gerteisen, D.; Groos, U.; Hebling, C.; Manoli, Y.
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2018 Selecting The Best MEA for Your Cell Design and Your Operation Strategy
Groos, U.
Vortrag
Presentation
2018 Elektrodenalterung an Laboreinzelzellen
Sadeler, C.
Vortrag
Presentation
2018 Qualifizierung von Brennstoffzellenkomponenten (QuBK)
Groos, U.; Alink, R.; Zedda, M.
Vortrag
Presentation
2017 Canadian German Fuel Cell Research Cooperation
Groos, U.; Gerteisen, D.; Hebling, C.
Vortrag
Presentation
2017 A modular fuel cell battery hybrid propulsion system for powering small utility vehicles
Keller, S.; Christmann, K.; Sanchez-Arjona Gonzalez, M.; Heuer, A.
Vortrag
Presentation
2017 Characterization of PEM fuel cells by electrochemical impedance spectroscopy
Gerteisen, D.; Scherzer, A.-C.; Keller, S.
Vortrag
Presentation
2017 In-situ testing methods for membrane-electrode-assemblies
Groos, U.
Vortrag
Presentation
2016 Einführung in die Normung der Brennstoffzellentechnologie
Jungmann, T.
Vortrag
Presentation
2016 In-Situ Characterization of Single Cells and Their Components
Groos, U.
Vortrag
Presentation
2016 Möglichkeiten zur Charakterisierung im Feld - Teststandsentwicklung im Projekt MinimAl-Luft
Groos, U.; Kurz, T.; Ammon, G.; Hahn, D.; Leible, V.; Raimann, P.
Vortrag
Presentation
2016 Analyzing the Temporal Development of the Cathode Catalyst Layer Properties During Accelerated Stress Tests
Sadeler, C.; Gerteisen, D.; Groos, U.
Vortrag
Presentation
2016 Etablierung international harmonisierter Testprotokolle - Forschungsinstitute als neutrale Instanzen
Groos, U.
Vortrag
Presentation
2016 The catalyst layer and its dimensionality - a look into its ingredients and how to characterize their effects
Zamel, N.
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2016 Analyzing the influence of high electrode potentials on intrinsic properties of catalyst coated membranes using impedance spectroscopy
Alink, R.; Schüßler, M.; Pospischil, M.; Erath, D.; Gerteisen, D.
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2016 Investigation of inhomogenieties in automotive fuel cell stacks
Groos, U.; Keller, S.
Vortrag
Presentation
2016 Korrosion von Bipolarplatten in PEM-Elektrolyseuren und Brennstoffzellen
Georg, A.
Aufsatz in Buch
Book Article
2016 German Developments in Fuel Cell Technology
Groos, U.
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2016 Impedance spectroscopy of PEM fuel cells with large geometric area - challenges and opportunities
Gerteisen, D.; Scherzer, A.-C.; Keller, S.; Zamel, N.; Groos, U.
Vortrag
Presentation
2014 Influence of air contaminants on planar, self-breathing hydrogen PEM fuel cells in an outdoor environment
Biesdorf, J.; Zamel, N.; Kurz, T.
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
Diese Liste ist ein Auszug aus der Publikationsplattform Fraunhofer-Publica

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