Charakterisierung von PEM-Elektrolysezellstapeln

Seitenansicht eines neuen Teststandes zur Charakterisierung von PEM-Elektrolysezellstapeln für Power-to-Gas-Anwendungen.

Langzeittest eines Druckelektrolyse-Zellstapels

... zur Wasserstofferzeugung am Fraunhofer ISE. Durch die Langzeitmessungen wird das Degradationsverhalten neuartiger Komponenten untersucht

HyCon-Prototyp

... zur Erzeugung solaren Wasserstoffs direkt aus Sonnenlicht durch Elektrolyse von Wasser. Das Modul ist aufgebaut aus acht III-V-Solarzellen, die elektrisch jeweils direkt mit einer PEM-Elektrolysezelle gekoppelt sind. Dadurch können sehr hohe Wirkungsgrade erreicht werden.

Wasserstofferzeugung durch Elektrolyse

Im Thema Wasserstofferzeugung durch Elektrolyse beschäftigen wir uns mit folgenden Arbeitsgebieten:

 

Charakterisierung von Materialien und Komponenten

 

Entwicklung von PEM-Elektrolysesystemen

 

Power-to-Gas

 

Wasserstoffinfrastruktur

Wasserstoff durch Elektrolyse – ein zentraler Baustein für die intersektorale Kopplung in der Energiewirtschaft!

Die elektrochemische Spaltung von Wasser in Elektrolyseuren ist ein sauberes und effizientes Verfahren zur Wasserstofferzeugung. Sofern Strom aus erneuerbaren Energiequellen verwendet wird, kann grüner Wasserstoff als speicherbarer und universeller Energieträger erzeugt werden, der später bedarfsgerecht in verschiedenen Anwendungen der Energiewirtschaft, im Verkehrsektor oder der chemischen Industrie zum Einsatz kommt. Es ergibt sich so die Möglichkeit, trotz des stark volatilen und stetig steigenden Stromangebots durch erneuerbare Energien eine sichere Energieversorgung zu gewährleisten und in einem zukünftigen Energiesystem sogar eine saisonale Langzeitspeicherung zu ermöglichen.

Vor allem die PEM-Elektrolyse, bei der eine Protonen-Austausch-Membran (Proton Exchange Membrane, PEM) zum Einsatz kommt, eignet sich zur Kopplung mit erneuerbaren Energien, da dieses Verfahren sehr gute Wirkungsgrade bei hohen Stromdichten ermöglicht und auch bei hohen Drücken sehr dynamisch in einem weiten Betriebsfenster bei Teillast und Überlast betrieben werden kann. Das Fraunhofer ISE beschäftigt sich daher seit über 25 Jahren mit der Komponenten- und Systementwicklung sowie Integration von PEM-Elektrolyseuren in das Energiesystem.

 

Aktuelle Forschungsschwerpunkte im Geschäftsfeldthema sind:

  • Entwicklung von standardisierten Messverfahren zur Charakterisierung von PEM-Elektrolyseuren
  • Evaluierung von neuen Zellkomponenten und -stapeln für die PEM-Elektrolyse
  • Beschichtungsstrategien als Korrosionsschutz von Bipolarplatten und porösen Stromabnehmern
  • Untersuchung von Alterungsmechanismen in PEM-Elektrolysezellen und Ableitung von Schnellalterungstests
  • Qualifizierung von kompletten Prototypen bis in den dreistelligen kW-Bereich
  • Untersuchungen zur Netzdienlichkeit von Elektrolyseuren
  • Analyse von Kostenstrukturen verschiedener Elektrolysetechnologien
  • Stationäre Bilanzierung und dynamische Systemmodellierung von Elektrolyseuren und Power-to-Gas-Anlagen zur Wasserstoffertragsprognose und Optimierung von Betriebsführungskonzepten
  • Entwicklung von Geschäftsmodellen für den wirtschaftlichen Einsatz von Elektrolyseuren im Energiesystem
  • Technologie- und Marktstudien

Ausgewählte Forschungsprojekte

 

WESpe

Technische und ökonomische Systemanalyse für Power-to-Gas-Systeme

 

Energieverbund Freiburg

Demonstrationsbetrieb einer Elektrolyseanlage im Industriegebiet Nord zur Verbindung des Strom- und Erdgasnetzes und zur Speicherung erneuerbarer Energien

 

HyCon

Solare Wasserstofferzeugung mit einem HyCon-System

 

NOVEL

Charakterisierung von Hochdruckstacks

Tom Smolinka

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Dr. Tom Smolinka

Wasserstofferzeugung durch Elektrolyse, Entwicklung von PEM-Elektrolysesystemen

Fraunhofer ISE
Heidenhofstr. 2
79110 Freiburg

Telefon +49 761 4588-5212

Arne Fallisch

Contact Press / Media

Dr. Arne Fallisch

Charakterisierung von Materialien und Komponenten

Fraunhofer ISE
Heidenhofstr. 2
79110 Freiburg

Telefon +49 761 4588-2034

Christopher Voglstätter

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Christopher Voglstätter

Power-To-Gas

Fraunhofer ISE
Heidenhofstr. 2
79110 Freiburg

Telefon +49 761 4588-5357

Christopher Hebling

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Dr. Christopher Hebling

Wasserstofftechnologien, Wasserstoffinfrastruktur

Fraunhofer ISE
Heidenhofstr. 2
79110 Freiburg

Telefon +49 761 4588-5195

Veröffentlichungen zum Thema Wasserstofferzeugung durch Elektrolyse

YearTitle/AuthorDocument Type
2018Economics & carbon dioxide avoidance cost of methanol production based on renewable hydrogen and recycled carbon dioxide - power-to-methanol
Hank, C.; Gelpke, S.; Schnabl, A.; White, R.J.; Full, J.; Wiebe, N.; Smolinka, T.; Schaadt, A.; Henning, H.-M.; Hebling, C.
Journal Article
2018Hydraulic ex situ through-plane characterization of porous transport layers in PEM water electrolysis cells
Bromberger, Kolja; Ghinaiya, Jagdishkumar; Lickert, Thomas; Fallisch, Arne; Smolinka, Tom
Journal Article
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
2017Comprehensive investigation of novel pore-graded gas diffusion layers for high-performance and cost-effective proton exchange membrane electrolyzers
Lettenmeier, P.; Kolb, S.; Sata, N.; Fallisch, A.; Zielke, L.; Thiele, S.; Gago, A.S.; Friedrich, K.A.
Journal Article
2017Cost break down and cost reduction strategies for PEM water electrolysis systems: Presentation held at 6th European PEFC & Electolyser Forum, Lucern, Switzerland, July 5, 2017
Smolinka, T.; Wiebe, N.; Thomassen, M.
Presentation
2017Development of an experimentally validated semi-empirical fully-coupled performance model of a PEM electrolysis cell with a 3-D structured porous transport layer
Tabu Ojong, E.; Kwan, J.T.H.; Nouri-Khorasani, A.; Bonakdarpour, A.; Wilkinson, D.P.; Smolinka, T.
Journal Article
2017Elektrischer Antriebsstrang für Arbeits- und Nutzfahrzeuge (ELAAN)
Keller, S.
Conference Paper
2017First investigations towards the feasibility of an Al/Br2 battery based on ionic liquids
Hog, M.; Burgenmeister, B.; Bromberger, K.; Schuster, M.; Riedel, S.; Krossing, I.
Journal Article
2017Hydrogen concentrator demonstrator module with 19,8% solar-to-hydrogen conversion efficiency according to the higher heating value
Fallisch, A.; Schellhase, L.; Fresko, J.; Zedda, M.; Ohlmann, J.; Steiner, M.; Bösch, A.; Zielke, L.; Thiele, S.; Dimroth, F.; Smolinka, T.
Journal Article
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
2017Investigation on PEM water electrolysis cell design and components for a HyCon solar hydrogen generator
Fallisch, A.; Schellhase, L.; Fresko, J.; Zechmeister, M.; Zedda, M.; Ohlmann, J.; Zielke, L.; Paust, N.; Smolinka, T.
Journal Article
2017Investigation on porous transport layers for PEM electrolysers: Presentation held at 6th European PEFC & Electolyser Forum, Lucern, Switzerland, July 6, 2017
Fallisch, A.; Ghinaiya, J.; Bromberger, K.; Kiermaier, M.; Lickert, T.; Smolinka, T.
Presentation
2017Model of oxygen bubbles and performance impact in the porous transport layer of PEM water electrolysis cells
Nouri-Khorasani, A.; Tabu Ojong, E.; Smolinka, T.; Wilkinson, D.P.
Journal Article
2017The power-to-methanol process chain - a life cycle assessment and CO2 avoidance cost analysis: Presentation held at 15th Interational Conference on Carbon Dioxide Utilization, ICCDU 2017, Shanghai, China, July, 17th-21st, 2017
Hank, C.; Hömberg, J.; White, R.; Schaadt, A.
Presentation
2017Towards selective test protocols for accelerated in situ degradation of PEM electrolysis cell components: Presentation held at 6th European PEFC & Electolyser Forum, Lucern, Switzerland, July 6, 2017
Lickert, T.; Schwarz, C.; Gese, P.; Fallisch, A.; Smolinka, T.
Presentation
2017Wasserstofferzeugung durch Wasserelektrolyse - Entwicklungstrends und Herstellerübersicht
Smolinka, T.
Journal Article
2016Korrosion von Bipolarplatten in PEM-Elektrolyseuren und Brennstoffzellen
Georg, A.
Book Article
2016Recent Development in Direct Generation of Hydrogen Using Multi-Junction Solar Cells
Ohlmann, J.; Sanchez, J.M.; Lackner, D.; Förster, P.; Steiner, M.; Fallisch, A.; Dimroth, F.
Conference Paper
2016Reliable Fuel Cell Stack Characterization: Presentation held at Technical Forum Hannover Trade Fair 2016, Hannover, Germany, 28.04.2016-28.04.2016
Groos, U.
Presentation
2016Spatially resolved testing of automotive single cells: Presentation held at Technical Forum Hannover Trade Fair 2016, Hannover, Germany, 27.04.2016
Groos, U.
Presentation
2016Testing of Balance-of-Plant Components: Presentation held at Technical Forum Hannover Trade Fair 2016, Hannover, Germany, 27.04.2016-27.04.2016
Groos, U.
Presentation
2016Towards low-cost and efficient hydrogen production by PEM water electrolysis - design and performance optimization for a high-pressure stack. Result of the European Project "NOVEL": Presentation held at 21st WHEC 2016, Word Hydrogen Energy Conference, Zaragoza, Spain, June 13th, 2016
Smolinka, T.; Lickert, T.; Gese, P.; Georg, A.
Presentation
2015Auslegung einer PEM-Elektrolyseanlage mit 5 MW und 100 MW elektrischer Leistung: Vortrag gehalten beim Workshop zum Stuttgarter Energiespeicherforum 2015, Sateliten-Workshop zur Studie PlanDeLyKaD 2015, Stuttgart, Germany, 27.01.2015-29.01.2015
Müller, D.; Smolinka, T.; Voglstätter, C.; Zeh, J.
Presentation
2015Cost break down and analysis of PEM electrolysis systems for different industrial and power to gas applications: Poster presented at 9th International Renewable Energy Storage Conference and Exhibition, IRES 2015, Düsseldorf, Germany, 09.03.2015-11.03.2015
Smolinka, T.; Voglstätter, C.; Fallisch, A.
Poster
2015Cost break down and analysis of PEM electrolysis systems for different industrial and power to gas applications: Presentation held at World of Energy Solutions 2015, Stuttgart, Germany, October 12, 2015
Smolinka, T.
Presentation
2015Fundamentals of PEM water electrolysis
Smolinka, T.; Tabu Ojong, E.; Lickert, T.
Book Article
2015Wasserstofferzeugung durch PEM-Elektrolyse: Grundlagen und Entwicklungstrends einer Schlüsseltechnologie für die Energiewende: Vortrag gehalten beim Seminar Anorganische Chemie 2015, Freiburg, Germany, 22. Juli 2015
Smolinka, T.
Presentation
2014Benzene removal over a fixed bed of wood char: The effect of pyrolysis temperature and activation with CO2 on the char reactivity
Burhenne, L.; Aicher, T.
Journal Article
2014A future German energy systen with a dominating contribution from renewable energies: A holistic model based on hourly simulation
Palzer, A.; Henning, H.-M.
Journal Article
2014Highly efficient solar hydrogen generation - an integrated concept joining III-V solar cells with PEM electrolysis cells
Rau, S.; Vierrath, S.; Ohlmann, J.; Fallisch, A.; Lackner, D.; Dimroth, F.; Smolinka, T.
Journal Article
2014Hydrogen production from renewable energies - electrolyzer technologies
Smolinka, T.; Tabu Ojong, E.; Garche, J.
Book Article
2014Tomography based screening of flow field / current collector combinations for PEM water electrolysis
Zielke, L.; Fallisch, A.; Paust, N.; Zengerle, R.; Thiele, S.
Journal Article
2014Water electrolysis: Status and potential for development: Presentation held at Joint NOW GmbH - FCH JU Water Electrolysis Day 2014, Brussels, Belgium, 03.04.2014
Smolinka, T.
Presentation
2013Enersta - Autonome und unterbrechungsfreie Stromversorgung: Vortrag gehalten auf der NIP Vollversammlung 2013, Berlin, Germany, 18.06.2013
Koch, W.
Presentation
2013Hydrogen infrastructure for a sustainable mobility - a roadmap for the German Federal State Baden-Wuerttemberg until 2030: Presentation held at World of Energy Solutions Conference 2013, Stuttgart, Germany, 30.09.2013-02.10.2013
Hebling, C.; Smolinka, T.; Voglstätter, C.
Presentation
2013Hydrogen production by water electrolysis: Progress and challenges of a key technology for renewable energies. A short introduction: Presentation held at 5th World Hydrogen Technology Convention, WHTC 2013, Shanghai, China (R.O.), 25.09.-28.09.2013
Smolinka, T.
Presentation
2013Wasserstofferzeugung durch Elektrolyse - Stand und Vergleich der Technologien. Eine kurze Einführung: Vortrag gehalten auf dem Innovationsforum Power-to-Gas-to-Power 2013, Leipzig, Germany, 25.04.2013
Smolinka, T.
Presentation
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