Fuel cell laboratory for lifetime analysis

Fuel Cell Systems

We develop fuel cells by carrying out spatially resolved characterization performed with the help of the electrochemical impedance spectroscopy of customized segmented cells. Up to 68 channels for characterizing single cells with a maximum of 68 segments are available to us for this process. We also use a 28-channel system to monitor individual cells in short stacks of up to 20 kW for use in the automotive industry. In addition to monitoring the voltages of individual cells, this allows us to perform electrochemical impedance spectroscopy on these cells. Stacks can be characterized in our walk-in environmental test chambers, allowing us to support, among other things, the development of strategies for cold starts and starting up engines in frosty weather. Our Fields of Works comprise:

 

Characterization of Components, Cells and Stacks

 

Characterization of Systems and Peripheral Components

 

Development of Stacks and Systems

 

Modelling and simulation performed on the microscale up to the system level

We support the development of membrane fuel cell systems in portable, stationary and mobile applications by characterizing single cells, cell stacks and entire systems. Furthermore, we test peripheral and cell components under extreme climatic conditions and with regard to their electrochemical resistance.

Our service units related to the topic of Fuel Cell Systems:

TestLab Fuel Cells

In our TestLab Fuel Cells, we characterize and test membrane fuel cells and systems with an electric power rating up to 20 kWel.

In the characterization of fuel cells, we particularly emphasise the detailed investigation of local processes. With the help of our 68-channel system for spatially resolved electrochemical impedance spectroscopy of segmented single cells, we can analyse chemical-physical processes with regard to their dependence on  materials, construction and operation management.

Our walk-in climatic chamber allows stacks and systems to be investigated over the temperature range from -40 °C to +80 °C and relative humidity values between 10% and 95%. The high throughput of conditioned air, up to 2000 m3 per hour, is notable. To investigate the behaviour of a fuel cell under conditions similar to those in systems, we can also control peripheral equipment such as pumps, ventilators and valves. Inhomogeneities in the stack are identified reliably by single cell monitoring from the cell voltage and cell impedance spectrum.

Furthermore, we offer long-term tests of peripheral equipment, e.g. with hydrogen input and under extreme climatic conditions. In addition, we have access to an underpressure chamber to simulate altitudes of up to 6000 m. We investigate cell components and materials with respect to their electrochemical stability with a three-electrode configuration and by elemental analysis applying ICP-MS (inductively coupled plasma mass spectrometry).

Unsere begehbare Klimakammer ermöglicht Untersuchungen von Stacks und Systemen bei Temperaturen von -40 °C bis +80 °C und relativen Feuchten zwischen 10 und 95 %. Hervorzuheben ist der hohe Durchsatz klimatisierter Luft bis zu 2000 m³ pro Stunde. Um das Verhalten der Brennstoffzelle unter systemnahen Bedingungen zu untersuchen, können wir auch Peripherieaggregate wie Pumpen, Lüfter und Ventile ansteuern. Inhomogenitäten im Stack identifizieren wir belastbar über Einzelzellmonitoring mit Zellspannung und Zellimpedanzspektrum.

Darüber hinaus bieten wir Langzeittests von Peripherieaggregaten z. B. mit Wasserstoffbeaufschlagung und bei extremen Klimabedingungen an. Außerdem steht uns eine Unterdruckkammer für die Simulation von Höhen bis 6000 m zur Verfügung. Zellkomponenten sowie Werkstoffe untersuchen wir hinsichtlich ihrer elektrochemischen Beständigkeit mit Hilfe eines 3-Elektroden-Aufbaus sowie einer Elementanalyse im ICP-MS.

Ulf Groos

Contact Press / Media

Ulf Groos

Fuel Cell Systems

Fraunhofer ISE
Heidenhofstr. 2
79110 Freiburg

Phone +49 761 4588-5202

Fax +49 761 4588-9202

Contact Press / Media

Dr. Robert Alink

Characterization of cells and cell components

Fraunhofer ISE
Heidenhofstr. 2
79110 Freiburg

Phone +49 761 4588-5184

Contact Press / Media

Stefan Keller

Characterization of stacks and systems

Fraunhofer ISE
Heidenhofstr. 2
79110 Freiburg

Phone +49 761 4588-5207

Contact Press / Media

Dr. Nada Zamel

Characterization of contamination effects

Fraunhofer ISE
Heidenhofstr. 2
79110 Freiburg

Phone +49 761 4588-5432

Contact Press / Media

Dr. Dietmar Gerteisen

Fuel Cell Characterization and Modelling

Fraunhofer ISE
Heidenhofstr. 2
79110 Freiburg

Phone +49 761 4588-5205

Contact Press / Media

Dr.-Ing. Timo Kurz

Development of stacks, systems and test stations

Fraunhofer ISE
Heidenhofstr. 2
79110 Freiburg

Phone +49 761 4588-5205

Thomas Jungmann

Contact Press / Media

Thomas Jungmann

Standardization and test of system components

Fraunhofer ISE
Heidenhofstr. 2
79110 Freiburg

Phone +49 761 4588-5213

Fax +49 761 4588-9213

Referenced customers and Cooperation partners

  • Albert-Ludwigs-Universität IMTEK
  • Ballard Power Systems
  • BASF New Business GmbH
  • Daimler AG
  • Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.
  • DMT produktentwicklung AG
  • EADS Deutschland GmbH
  • EADS Innovation Works
  • elringklinger AG
  • Eisenhuth GmbH & Co KG
  • Forschungszentrum Jülich GmbH
  • Freudenberg FCCT SE & Co. KG
  • FuelCon AG
  • FuMA-Tech GmbH
  • inhouse engineering GmbH
  • Next Energy EWE Forschungszentrum für Energietechnologie e.V.
  • Proton Motor Fuel Cell GmbH
  • Serenergy A/S
  • SINTEF
  • SolviCore GmbH & Co KG
  • staiger GmbH & Co KG
  • University of British Columbia
  • Volkswagen AG
  • Zentrum für BrennstoffzellenTechnik GmbH
  • Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg

Presentations

on the topic Fuel Cell Systems, held at Hannover Messe Industrie (Hannover Trade Fair) 2015, 2016 and 2017, Group Exhibit Hydrogen & Fuel Cells & Batteries of H2FC-Fair.

Publications

 

YearTitle/AuthorDocument Type
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
2016Comparability of developed test procedures at normal operating conditions for PEM fuel cell stacks and modules analyzed in Round-Robin-Tests: Presentation held at 21st World Hydrogen Energy Conference, WHEC 2016, Zaragoza, Spain, 13th to the 16th of June 2016
Jungmann, T.; Nürnberg, K.; Harms, C.
Presentation
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
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
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
2015Challenges associated with measuring the intrinsic electrical conductivity of carbon paper diffusion media
Aydin, Ö.; Zedda, M.; Zamel, N.
Journal Article
2015Characterization of a fuel cell stack for use in material handling applications
Keller, S.; Cremers, C.; Niedergesäß, A.; Özel, T.
Conference Paper
2015Comprehensive understanding of electrical conductivity measurements of gas diffusion media of PEM fuel cells
Aydin, Ö.; Zedda, M.; Zamel, N.; Groos, U.; Hebling, C.
Conference Paper
2015Impact of inhomogeneous catalyst layer properties on impedance spectra of polymer electrolyte membrane fuel cells
Gerteisen, D.
Journal Article
2015Influence of local carbon fibre orientation on the water transport in the gas diffusion layer of polymer electrolyte membrane fuel cells
Markötter, H.; Dittmann, K.; Haußmann, J.; Gerteisen, D.; Alink, R.; Riesemeier, H.; Scholta, J.; Banhart, J.; Manke, I.
Journal Article
2015Morphology of nanporous carbon-binder domains in Li-ion batteris - a FIB-SEM study
Vierrath, S.; Zielke, L.; Moroni, R.; Mondon, A.; Wheeler, D.R.; Zengerle, R.; Thiele, S.
Journal Article
2015Relating the N-shaped polarization curve of a PEM fuel cell to local oxygen starvation and hydrogen evolution
Zamel, N.; Bhattarai, A.; Gerteisen, D.; Groos, U.; Hebling, C.
Conference Paper
2014Analysis process for different polymere electrolyte fuel cell stacks to derive a control strategy based on impedance data
Keller, S.; Popenheim, A.; Hempel, M.; Gläsker, K.; Manoli, Y.
Journal Article
2014Analyzing the temporal development of the CCL properties during accelerated stress tests: Presentation held at the 97th Canadian Chemistry Conference 2014, Vancouver, Canada, 01.06.2014-05.06.2014
Gerteisen, D.; Sadeler, C.; Groos, U.; Hebling, C.
Presentation
2014Characterization of Automotive Fuel Cells
Groos, U.
Presentation
2014Heterogeneities at the cell level by modeling and experiments: Presentation held at First Workshop on Multiscale Modeling for PEMFCs 2014, Grenoble, France, 12.06.2014-13.06.2014
Gerteisen, D.; Zamel, N.
Presentation
2014Influence of air contaminants on planar, self-breathing hydrogen PEM fuel cells in an outdoor environment
Biesdorf, J.; Zamel, N.; Kurz, T.
Journal Article
2013Approaches and methodology on accelerated stress tests in fuel cells: Presentation held at 1st International Workshop on Durability and Degradation Issues in PEM Electrolysis Cells and its Components, Freiburg, Germany, 12.03.-13.03.2013
Zamel, N.
Presentation
2013Effect of local perturbation on electrochemical impedance spectroscopy of PEM fuel cells - understanding the characteristics: Presentation held at 5th International Conference on Fundamentals & Development of Fuel Cells, FDFC 2013, Karlsruhe, Germany, 16.04.2013-18.04.2013
Kurz, T.; Gerteisen, D.; Keller, S.; Bhattarai, A.; Zamel, N.; Groos, U.; Hebling, C.
Presentation
2013Effective transport properties for polymer electrolyte membrane fuel cells - With a focus on the gas diffusion layer. Review
Zamel, N.; Li, X.G.
Journal Article
2013Influence of cracks in the microporous layer on the water distribution in a PEM fuel cell investigated by synchrotron radiography
Markötter, H.; Haußmann, J.; Alink, R.; Tötzke, C.; Arlt, T.; Klages, M.; Riesemeier, H.; Scholta, J.; Gerteisen, D.; Banhart, J.; Manke, I.
Journal Article
2013The influence of porous transport layer modifications on the water management in polymer electrolyte membrane fuel cells
Alink, R.; Haussmann, J.; Markötter, H.; Schwager, M.; Manke, I.; Gerteisen, D.
Journal Article
2013Inhomogeneities in PEM fuel cells - limiting processes, impact and characterization techniques: Presentation held at ASME 11th Fuel Cell Science, Engineering and Technology Conference 2013, Minneapolis, USA, 16.07.2013
Groos, U.; Gerteisen, D.; Zamel, N.; Merida, W.
Presentation
2013Investigating bistability in the polarization curve of a segmented PEM fuel cell: Presentation held at 10th Symposium for Fuel Cell and Battery Modelling and Experimental Validation, ModVal 2013, Bad Boll, 19.03.2013-20.03.2013
Zamel, N.; Bhattarai, A.; Gerteisen, D.; Hebling, C.; Groos, U.
Presentation
2013Life cycle analysis of internal combustion engine, electric and fuel cell vehicles for China
Wang, D.; Zamel, N.; Jiao, K.; Zhou, Y.; Yu, S.; Du, Q.; Yin, Y.
Journal Article
2013Local eis studies in PEMFC-distinguishing between through-plane and in-plane oxygen effects: Presentation held at Hydrogen + Fuel Cells 2013, Vancouver, Canada, 16.06.2013-19.06.2013
Gerteisen, D.; Keller, S.; Bhattarai, A.; Zamel, N.; Groos, U.; Hebling, C.
Presentation
2013Measurement of spatially resolved impedance spectroscopy with local perturbation
Zamel, N.; Bhattarai, A.; Gerteisen, D.
Journal Article
2013Modeling the liquid water transport in the gas diffusion layer for polymer electrolyte membrane fuel cells using a water path network
Alink, R.; Gerteisen, D.
Journal Article
2013Ortsaufgelöste Charakterisierung von Brennstoffzellen-Strömungsfeldern zur Modellvalidierung: Präsentation der Aversumergebnisse 2010/2011, Stuttgart, Germany, 19.02.2013
Gerteisen, D.
Presentation
2013Relating the N-shaped polarization curve of a PEM fuel cell to local oxygen starvation and hydrogen evolution
Zamel, N.; Hanke-Rauschenbach, R.; Kirsch, S.; Bhattarai, A.; Gerteisen, D.
Journal Article
2013Relating the N-shaped polarization curve of a PEM fuel cell to local oxygen starvation & hydrogen evolution: Presentation held at Hydrogen and Fuel Cell Conference 2013, Vancouver, Canada, 16.06.2013-19.06.2013
Zamel, N.; Bhattarai, A.; Gerteisen, D.; Groos, U.; Hebling, C.
Presentation
2013Synchrotron radiography and tomography of water transport in perforated gas diffusion media
Haußmann, J.; Markötter, H.; Alink, R.; Bauder, A.; Dittmann, K.; Manke, I.; Scholta, J.
Journal Article
2013Zertifizierungseinrichtung für die normgerechte Prüfung von Brennstoffzellen im Bereich der speziellen Märkte (BZert): Vortrag gehalten auf der NIP Vollversammlung 2013, Berlin, Germany, 18.06.2013
Koch, W.
Presentation
This publication list has been generated from the publication database Fraunhofer-Publica.

Industrial Property Rigts and Patents

 

Please contact us if you want to use or commercialize one of our patents. Here we present a list of the patents granted. Other registered patents are still in the application process.

YearTitle/AuthorDocument Type
2010Gasverteilerplatte sowie Brennstoffzelle
Kurz, T.
Patent
2009Gasverteiler zum passiven Wasseraustrag aus den Gasverteilerkanaelen von Polymerelektrolytmembranbrennstoffzellen und Polymerelektrolytbrennstoffzelle
Ackermann, V.; Zedda, M.
Patent
2009Niedertemperatur-Brennstoffzelle mit integriertem Wassermanagementsystem fuer den passiven Austrag von Produktwasser
Bromberger, K.; Koenig, C.; Ackermann, V.
Patent
2009Verpresster Brennstoffzellenstack
Sadeler, C.; Zobel, M.; Heller, S.; Weber, M.
Patent
2008Brennstoffzelle und Verfahren zu deren Herstellung
Zedda, M.; Oszcipok, M.; Dyck, A.; Groos, U.
Patent
2008Brennstoffzelle, Ver- und Entsorgungseinheit fuer Brennstoffzellen und Verfahren zur Entfernung von Reaktionsprodukten aus Brennstoffzellen
Wachtel, C.; Krieg, M.; Jungmann, T.; Oszcipok, M.
Patent
2008Brennstoffzellensystem mit Adsorptionswaermespeicher
Kurz, T.
Patent
2008Verfahren zum Transport von Fluessigkeiten, Thermo-Kapillar-Pumpe sowie deren Verwendung
Lenz, B.; Bromberger, K.
Patent
2007Bipolarplatte fuer einen PEM-Elektrolyseur
Hacker, B.; Jungmann, T.; Wittstadt, U.; Smolinka, T.
Patent
2007Brennstoffzelle sowie Verfahren zu deren Herstellung
Oszcipok, M.; Eccarius, S.
Patent
2007Brennstoffzellenanordnung mit in Schindelbauweise angeordneten Brennstoffzellen sowie Verwendungszwecke
Zedda, M.; Oszcipok, M.
Patent
2007Brennstoffzellenanordnung und Verwendung einer Membrananordnung zur Steuerung des Wasserhaushaltes von Brennstoffzellen
Oszcipok, M.
Patent
2007Direktoxidationsbrennstoffzelle und Verfahren zu deren Betreiben
Eccarius, S.; Litterst, C.; Koltay, P.
Patent
2007Katalysator, Verfahren zu dessen Herstellung und dessen Verwendung
Chigapov, A.; Susdorf, A.; Carberry, B.
Patent
2007Passive Verduennungseinheit zur Verduennung von Brennstoffen
Oszcipok, M.
Patent
2007Verfahren zum Betreiben einer Direktoxidationsbrennstoffzelle und entsprechende Anordnung
Eccarius, S.; Litterst, C.; Koltay, P.
Patent
2007Verfahren zur Herstellung von Gasdiffusionsschichten, derart hergestellte Gasdiffusionsschichten und diese enthaltende Brennstoffzellen
Gerteisen, D.
Patent
2006Brennstoffzellenmodul und dessen Verwendung
Wolff, A.; Tranitz, M.; Jungmann, T.; Oszcipok, M.
Patent
2006Direktoxidationsbrennstoffzelle für den konvektionsfreien Transport des Brennstoffs und Verfahren zum Betreiben der Brennstoffzelle
Eccarius, S.
Patent
2006Vorrichtung mit einem ein Medium fuehrenden Kanal und Verfahren zur Entfernung von Einschluessen
Koltay, P.; Litterst, C.; Eccarius, S.
Patent
2006Vorrichtung und Verfahren zur Heizung einer Brennstoffzelle oder eines Brennstoffzellenstacks
Burger, B.; Hesselmann, J.; Zedda, M.
Patent
2006Zellverbinder zur elektrischen Kontaktierung von flaechigen Stromquellen sowie Verwendung
Wirth, H.
Patent
2005BRENNSTOFFZELLEN-SYSTEM IN LEITERPLATTENBAUWEISE
Schmitz, A.; Hebling, C.; Hahn, R.; Burger, B.
Patent
2005Verfahren zum Betrieb einer Brennstoffzelle
Oszcipok, M.; Schossig, P.
Patent
2005Vorrichtung und Verfahren zur Erhoehung der Brennstoffkonzentration in einem der Anode einer Brennstoffzelle zugefuehrten, einen Brennstoff enthaltenden Fluessigkeitsstrom
Oedegaard, A.; Hebling, C.
Patent
2004Endplatte
Schmidt, H.
Patent
2004Protonenleitende Polymermembran sowie Verfahren zu deren Herstellung
Hahn, R.; Wagner, S.; Schmitz, A.
Patent
2003Brennstoffzelle mit Spannungswandler
Meyer, T.; Nolte, R.; Schmidt, H.; Heinzel, A.
Patent
2003Brennstoffzellenanordnung
Heitzler, A.; Hebling, C.; Schmitz, A.
Patent
2002Brennstoffzellensystem
Meyer, T.; Nolte, R.
Patent
2002Brennstoffzellensystem und Verfahren zur Druckregulation in Brennstoffzellensystemen
Heitzler, A.; Hebling, C.; Schmitz, A.
Patent
2001Brennstoffzelle fuer hohe Ausgangsspannungen
Zedda, M.; Heinzel, A.; Nolte, R.
Patent
1999PEM-Brennstoffzelle mit strukturierten Platten
Ledjeff-Hey, K.; Nolte, R.
Patent
1999Polymerelektrolyt-Membran-Brennstoffzelle
Ledjeff, K.; Nolte, R.
Patent
1997Polymer-Brennstoffzelle
Ledjeff, K.; Nolte, R.
Patent
1995Poroese sauerstoffverzehrende Elektrode, Verfahren zu deren Herstellung und deren Verwendung: Hochtemperatur-Brennstoffzelle (A1)
Ledjeff, K.; Schaumberg, G.
Patent
1994Elektrisch leitfaehige Gasverteilerstruktur fuer eine Brennstoffzelle und Verfahren zu ihrer Herstellung
Ledjeff, K.; Peinecke, V.
Patent
1994Verfahren zur Energiespeicherung und Energiewandlung in einer regenerierbaren Brennstoffzelle mit Ionenaustauschermembran
Ahn, J.; Ledjeff, K.
Patent
This publication list has been generated from the publication database Fraunhofer-Publica.