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 4588-5213

Roman Keding

Contact Press / Media

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

 

YearTitle/AuthorDocument Type
2021Activation mechanisms in the catalyst coated membrane of PEM fuel cells
Christmann, K.; Friedrich, K.A.; Zamel, N.
Journal Article
2021Application of Artificial Intelligence in the Context of Fuel Cells: Presentation held at Hydrogen Lunch Online Edition, 18.03.2021, Freiburg, Germany
Scherzer, A.-C.; Schneider, P.; Zamel, N.
Presentation
2021Application of Artificial Intelligence in the Context of Fuel Cells. An overview of surveyed literature: Presentation held at f-cell, Stuttgart, Germany, Virtual, 14.09.-15.09.2021
Scherzer, A.-C.; Schneider, P.; Zamel, N.
Presentation
2021Catalyst Coated Membranes - their Structure, their Performance and their Durability: Presentation held at World Fuel Cell Conference (WFCC), Virtual, Canada, 16.08.2021-20.08.2021
Zamel, N.
Presentation
2021Characterizing Automotive PEMFC Membrane Electrode Assemblies: Presentation held at KOITA Fraunhofer Webinar, South Korea, June 7th, 2021
Groos, U.; Georg, A.; Gerteisen, G.; Hebling, C.; Klingele, M.; Sadeler, C.; Scherzer, A.; Schneider, P.
Presentation
2021A Decade of German-Canadian Cooperation in Fuel Cells. Looking back at our story so far : Presentation held at Digitale Informationsreise nach Deutschland für kanadische Akteure: "Elektromobilität: Batterie/Antriebe /Flexible Produktion", online, Germany, 28.09.2021-30.09.2021
Zamel, N.; Gerteisen, D.; Groos, U.; Hebling, C.
Presentation
2021From Catalyst Powder to Membrane Electrode Assembly - Results from HyFab: Presentation held at f-cell 2021, Stuttgart, Germany, September 15th, 2021
Clement, F.; Keding, R.; Klingele, M.; Ney, L.; Schneider, P.; Singh, R.; Groos, U.
Presentation
2021Hydrogen Technologies for a Green Mobility: Presentation held at Deutsch-Schweizer H2-Forum, Konstanz, Germany, September 28th, 2021
Groos, U.
Presentation
2021Lessons Learned from the Underrepresentation of Women in STEM: AI-enabled Solutions and More
Abuwatfa, W.; Zamel, N.; Al-Othman, A.
Journal Article
2021Modeling 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.
Conference Paper
2021Pore-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.
Journal Article
2021QuBK*: Qualifizierung von Brennstoffzellenkomponenten: Vortrag gehalten bei der Deutschen Wasserstoffversammlung, Berlin, Germany, January 27, 2021
Groos, U.; Klingele, M.; Schneider, P.
Presentation
2021Reconstructing Porous Structures from FIB-SEM Image Data: Optimizing Sampling Scheme and Image Processing
Roldan, D.; Redenbach, C.; Schladitz, K.; Klingele, M.; Godehardt, M.
Journal Article
2021A 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.
Journal Article
2021Verbundvorhaben "H2- und Kationen-Kontamination: Alterungseffekte, Material- und Sensorenentwicklung" (Halma*), Teilprojekt Kontaminationseffekte. Abschlussbericht: Laufzeit: 01.12.2016 - 30.06.2021
Prass, S.; Zamel, N.; Georg, A.; Groos, U.
Report
20203D 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.
Journal Article
2020Abschlussbericht für das Verbundvorhaben "Deutsch-Kanadische Brennstoffzellenkooperation: Diagnose und Entwicklung von Komponenten für automobile Brennstoffzellen" (Dekade*): Laufzeit: 01.01.2017-31.12.2019
Zamel, N.; Gerteisen, D.; Scherzer, A.-C.; Schneider, P.D.; Groos, U.
Report
2020Chemische Degradation von Brennstoffzellen-Membranen: Ex-situ Analyse in Fenton-Tests
Prass, S.; Georg, A.; Zamel, N.
Journal Article
2020Full 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
Journal Article
2020Fundamentals, Materials, and Machine Learning of Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell Technology
Wang, Y.; Seo, B.; Wang, B.; Zamel, N.; Jiao, K.; Adroher, X.C.
Journal Article
2020Hydrogen 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.
Journal Article
2020Impact 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.
Journal Article
2020Production of Catalyst Coated Membranes for Low Temperature PEM Fuel Cells: Presentation held at International Conference on Energy and Al, Tianjin, China (R.O.), 09.01.2020-11.01.2020
Zamel, N.; Schneider, P.; Scherzer, A.-C.; Keding, R.; Singh, R.
Presentation
2019Abschlussbericht für das Verbundvorhaben "SoHMuSDaSS: Sate-of-Health-Modellierung und Simulation, sowie Diagnose an Brennstoffzellen, -stapeln und systemen": Teilprojekt: Alterungseffekte an Laboreinzelzellen und Systemen; Laufzeit: 01.08.2015-31.12.2018
Groos, U.; Sadeler, C.
Report
2019Advanced Characterization of Fuel Cell Stacks: Presentation held at Hydrogen and Fuel Cells EUROPE 2019, Hannover, Germany, April 4th, 2019
Keller, S.
Presentation
2019Analysis of Processes Appearing in the Catalyst Layer During the Break-In Procedure of a PEM Fuel Cell: Presentation held at 8th International Conference on Fundamentals and Development of Fuel Cells 2019, Nantes, France, 12.02.2019-14.02.2019
Christmann, K.; Alink, R.; Groos, U.
Presentation
2019Break-In of membrane electrode assemblies - State of knowledge and analysis of processes appearing: Presentation held at FDFC 2019, 8th Fundamentals & Development of Fuel Cells, Nantes, February 14, 2019
Christmann, Kläre; Alink, Robert; Groos, Ulf
Presentation
2019Effect of Fuel Impurities (CO, CO2, H2S) on PEMFCs with Ultra-low Loaded Anodic Catalyst Layers: Presentation held at 8th International Conference on Fundamentals and Development of Fuel Cells 2019, University of Nantes, France, 12.02.2019-14.02.2019
Prass, S.
Presentation
2019Effects of ionomer gradients in cathode catalyst layers: Presentation held at Canada-Germany Workshop "Quality Control for Fuel Cell Catalyst Layers", Freiburg, Germany, 12.09.2019-13.09.2019
Schneider, P.; Zamel, N.; Singh, R.; Christmann, K.; Keding, R.; Klingele, M.
Presentation
2019Fast and Reliable State-of-Health Model of a PEM Cathode Catalyst Layer
Schneider, P.; Sadeler, C.; Scherzer, A.-C.; Zamel, N.; Gerteisen, D.
Journal Article
2019FuelCells4Future - Mit Brennstoffzellen in eine nachhaltige Zukunft?!: Vortrag am Max-Planck-Gymnasium, Lahr, 29.11.2019
Keller, S.; Jungmann, T.
Presentation
2019Latest findings from the canadian-german fuel cell collaboration: Presentation held at HFC 2019, Hydrogen & Fuel Cells, Vancouver, May 23rd, 2019
Groos, Ulf
Presentation
2019Modelling and Validation of Potential-Induced Degradation in the Cathode Catalyst Layer of PEMFC: Presentation held at 16th ModVal 2019, Braunschweig, Germany, 12.03.2019-13.03.2019
Gerteisen, D.; Schneider, P.; Scherzer, A.-C.; Park, J.; Suh, K.-W.; Sadeler, C.
Presentation
2019State-of-Health Modelling and Analysis of Potential-Induced Degradation: Presentation held at 8th Fundamentals & Development of Fuel Cells, FDFC 2019, Nantes, France, February 14, 2019
Scherzer, A.; Sadeler, C.; Schneider, P.; Gerteisen, D.
Presentation
2018Characteristic 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.
Journal Article
2018Elektrodenalterung an Laboreinzelzellen: Vortrag gehalten beim Abschlussworkshop SoHMuSDaSS 2018, Duisburg, Germany, 20.11.2018-21.11.2018
Sadeler, C.
Presentation
2018Heating of low and high temperature PEM fuel cells with alternating current
Kurz, T.; Küfner, F.; Gerteisen, D.
Journal Article
2018LADOG - Brennstoffzelle und Batterie als Dieselersatz: Das Emissionsfreie Kommunalfahrzeug
Keller, S.; Christmann, K.; Heuer, A.
Journal Article
2018Qualifizierung von Brennstoffzellenkomponenten (QuBK): Vortrag gehalten auf der NOW-Vollversammlung, Berlin, Germany, 05. Dezember 2018
Groos, U.; Alink, R.; Zedda, M.
Presentation
2018Selecting The Best MEA for Your Cell Design and Your Operation Strategy: Presentation held at Hannover Trade Fair Group Exhibit Hydrogen & Fuel Cells & Batteries, Hannover, April 24, 2018
Groos, U.
Presentation
2018Simulation von potentialgetriebenen Degradationsprozessen: Vortrag gehalten auf dem Abschlussworkshop SoHMuSDaSS 2018, Duisburg, Germany, 20./21.11.2018
Scherzer, A.-C.; Schneider, P.; Sadeler, C.; Zamel, N.; Gerteisen, D.
Presentation
2017Canadian German Fuel Cell Research Cooperation: Presentation held at HFC 2017, Hydrogen & Fuel Cells, Vancouver, June 5th-6th, 2017
Groos, U.; Gerteisen, D.; Hebling, C.
Presentation
2017Characterization of PEM fuel cells by electrochemical impedance spectroscopy: Presentation held at Heraeus Seminar "Next Generation Polymer Membrane Fuel Cell" 2017, Bad Honnef, Germany, 02.-05.07.2017
Gerteisen, D.; Scherzer, A.-C.; Keller, S.
Presentation
2017In-situ testing methods for membrane-electrode-assemblies: Presentation held at EVS30, International Battery, Hybrid and Fuel Cell Electric Vehicle Symposium & Exhibition, Stuttgart, Germany, 09-11 October, 2017
Groos, U.
Presentation
2017A modular fuel cell battery hybrid propulsion system for powering small utility vehicles: Presentation held at 14th IEEE Vehicle Power and Propulsion Conference, VPPC 2017, Belfort, France, December 11th - 14th, 2017
Keller, S.; Christmann, K.; Sanchez-Arjona Gonzalez, M.; Heuer, A.
Presentation
2016Analyzing 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.
Journal Article
2016Analyzing the Temporal Development of the Cathode Catalyst Layer Properties During Accelerated Stress Tests: Presentation held at Fuel Cells Science and Technology 2016 2016, Glasgow, Great Britain, 13.04.2016-14.04.2016
Sadeler, C.; Gerteisen, D.; Groos, U.
Presentation
2016The catalyst layer and its dimensionality - a look into its ingredients and how to characterize their effects: Review
Zamel, N.
Journal Article
2016Einführung in die Normung der Brennstoffzellentechnologie: Vortrag gehalten auf dem Workshop Zulassung, Zertifizierung. Normung 2016, Duisburg, Germany, 16.02.2016-17.02.2016
Jungmann, T.
Presentation
2016Etablierung international harmonisierter Testprotokolle - Forschungsinstitute als neutrale Instanzen: Vortrag gehalten auf dem 3. Marktplatz Zulieferer Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie 2016, Berlin, Germany, 10. März 2016
Groos, U.
Presentation
2016German Developments in Fuel Cell Technology
Groos, U.
Journal Article
2016Impedance spectroscopy of PEM fuel cells with large geometric area - challenges and opportunities: Presentation held at Modval 13, Lausanne, Switzerland, March 22nd, 2016
Gerteisen, D.; Scherzer, A.-C.; Keller, S.; Zamel, N.; Groos, U.
Presentation
2016In-Situ Characterization of Single Cells and Their Components: Presentation held at Technical Forum Hannover Trade Fair 2016, Hannover, Germany, 28.04.2016-28.04.2016
Groos, U.
Presentation
2016Investigation of inhomogenieties in automotive fuel cell stacks: Presentation held at Conference "World of Energy Solutions", Stuttgart, Germany, October 11th, 2016
Groos, U.; Keller, S.
Presentation
2016Korrosion von Bipolarplatten in PEM-Elektrolyseuren und Brennstoffzellen
Georg, A.
Book Article
2016Möglichkeiten zur Charakterisierung im Feld - Teststandsentwicklung im Projekt MinimAl-Luft: Vortrag gehalten beim Status-Workshop "Einfluss von Luftschadstoffen auf PEM-Brennstoffzellen", Duisburg, 28. Januar 2016
Groos, U.; Kurz, T.; Ammon, G.; Hahn, D.; Leible, V.; Raimann, P.
Presentation
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