Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE
Solare Wasserstoff-Tankstelle am Fraunhofer ISE mit vom Fraunhofer ISE seit Jahren betriebenen Brennstoffzellenfahrzeugen.
Brennstoffzellen für die Mobilität
© Fraunhofer ISE
Brennstoffzellensysteme
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Profil
Wir unterstützen die Entwicklung von Niedertemperatur-Membran-Brennstoffzellen in mobilen Anwendungen durch die Materialanalyse, Charakterisierung, Modellierung und Produktionsforschung von Einzelzellen, Zellstapeln sowie Systemen.
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
Forschungsprojekte zu diesem Thema
- DEKADE – Deutsch-Kanadische Brennstoff-Zellenkooperation: Diagnose und Entwicklung von Komponenten für Automobile Brennstoffzellen
- SoHMuSDaSS – State-of-Health-Modellierung und Simulation sowie Diagnose an Brennstoffzellen, -stapeln und -systemen
- BEPPEL – Bipolarplatten für Brennstoffzellen und Elektrolyseure
- AutoStack-CORE – Automotive Fuel Cell Stack Cluster Initiative for Europe II
- HAlMa – H2- & Kationen-Kontamination: Alterungs-Effekte, Material- und Sensorentwicklung
- QuBK – Qualifizierung von Brennstoffzellen-Komponenten
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
Forschungsprojekte zu diesem Thema
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
Forschungsprojekte zu diesem Thema
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
Forschungsprojekte zu diesem Thema
- DEKADE – Deutsch-Kanadische Brennstoff-Zellenkooperation: Diagnose und Entwicklung von Komponenten für Automobile Brennstoffzellen
- Ressourceneffizienz – Entwicklung von Gasdiffusionsschichten für Polymer-Elekrolyt-Membran Brennstoffzellen auf Basis umweltfreundlicher und energiesparender Rohstoffe
- HyFab-BW - HyFab-Baden-Württemberg
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