eine Hochtemperatur-Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle

Brennstoffzellen-Systeme

Im Rahmen von Forschungsprojekten und Industriekooperationen entwickeln wir gemeinsam mit unseren Partnern simulationsgestützte Brennstoffzellensysteme.

Hierbei verbinden wir unser Know-How im Bereich der Systemmodellierung mit der Betriebsführung von Komponententestständen, um reale Systemumgebungen bei Testaufgaben modulieren zu können.

Ein weiterer Schwerpunkt liegt auf der Qualifizierung von Systemkomponenten und Materialien. Dabei werden die Themen Lebensdaueroptimierung und Kostensenkung von Brennstoffzellensystemen und -komponenten durch Entwicklung von Qualifizierungsmethoden mit Unterstützung von flexiblen Prüfplatzaufbauten bearbeitet.

Brennstoffzellen-System-Modellierung

Die Analyse der Wechselwirkungen innerhalb eines Brennstoffzellensystems ist entscheidend – sowohl für die Systementwicklung als auch für die Optimierung einzelner Komponenten. Am ZBT werden dazu präzise Systemsimulationen mit einem mehrfach validierten Brennstoffzellenmodell durchgeführt, das flexibel in verschiedene Entwicklungsumgebungen integrierbar ist.

Zur Simulation gehören die Implementierung von Regelstrategien und Reglern sowie die in situ- und ex situ-Charakterisierung der Systemkomponenten. Diese Ansätze ermöglichen eine fundierte Analyse und Optimierung des Gesamtsystems.

Arbeitsfelder und Dienstleistungen:

Charakterisierung und Qualifizierung von Systemkomponenten
Integration der Komponenten in Simulationsumgebungen
Entwicklung und Parametrierung von Systemsimulationen und Brennstoffzellenmodellen
Implementierung von Regelstrategien und Reglern
Simulationsgestützte Analyse und Optimierung von Brennstoffzellensystemen

In-Situ-Charakterisierung von Materialien

Das ZBT bietet hochpräzise In-Situ-Testmethoden zur Charakterisierung und Qualifizierung von Materialien, die in verschiedenen Bereichen eines Brennstoffzellensystems zum Einsatz kommen. Mit unseren in-house entwickelten Prüfverfahren prüfen wir schnell und zuverlässig sowohl bewährte als auch neue Materialien für PEM-Brennstoffzellensysteme.

Arbeitsfelder und Dienstleistungen

Unsere neu entwickelte Prüfkammer ermöglicht die Qualifizierung unterschiedlichster Materialien – von Festkörpern (z. B. Kunststoffe) über flüssige Substanzen (z. B. Montagehilfsstoffe) bis hin zu pulverartigen Funktionszusatzstoffen (z. B. Additiven).

Ergänzend steht uns ein umfassendes Portfolio an Analyseverfahren zur Verfügung:

Wasserstoff-Permeationsmessung
Untersuchung von Wasserstoffversprödung
Mechanische Prüfungen
Widerstandsmessung
REM-EDX-Analysen (Rasterelektronenmikroskopie mit energiedispersiver Röntgenspektroskopie)
Korrosionsstrommessung
Wärmeleitfähigkeitsmessung
Dynamisches Differenzkalorimeter (DSC)
Thermogravimetrische Analyse (TGA)

Charakterisierung von BZ-Systemkomponenten

Das ZBT bietet hochmoderne Teststände für Systeme und Komponenten, die bei Bedarf mit Umweltsimulationsmessungen kombiniert werden können. Mit einem Prüfaufbau aus drei identischen Systemprüfplätzen lassen sich Stack- und Systembauteile im Dauerlauf gezielt auf Degradation und Leistungsstabilität untersuchen. Dank langjähriger Erfahrung und der Eigenentwicklung aller Prüfstände können wir flexibel auf individuelle Kundenanforderungen eingehen und maßgeschneiderte Lösungen umsetzen.

Arbeitsfelder und Dienstleistungen

Systemprüfstände: Für umfassende Tests von Stacks und Komponenten
Flexible Single-Cell-Prüfstände: Für präzise Einzelzellanalysen
Langzeituntersuchungen: 2 x 3 Testplätze für systemnahe Dauerprüfungen
In-situ-Charakterisierung: i-V-Kennlinien, EIS (Elektrochemische Impedanzspektroskopie), CV, LSV und Grenzstromdichten
Ortsaufgelöste Messungen: Für detaillierte Analyse lokaler Effekte
CAD-gestützte Teststandentwicklung: Maßgeschneiderte Lösungen für spezifische Anforderungen

Untersuchungen zum Einfluss von Schadstoffen und der H2-Qualität

Das ZBT analysiert den Einfluss externer Schadstoffe auf PEM-Brennstoffzellen und Systemkomponenten wie Befeuchter. Ein Schwerpunkt liegt auf der Untersuchung von Luftschadgasen und deren Auswirkungen auf MEAs und Befeuchtermembranen unter realitätsnahen Bedingungen. Schadgaskonzentrationen und Betriebsparameter werden simuliert, um den Einfluss unter verschiedenen Lastzyklen zu analysieren. Die gewonnenen Grenzwerte liefern Filterherstellern wertvolle Daten zur optimalen Komponentenauslegung.

Ein weiterer Fokus ist die Untersuchung der H2-Qualität und deren Einfluss auf die Lebensdauer von PEM-Brennstoffzellen. Schadgase wie CO, H2S oder NH3 können sich im Rezirkulationskreislauf eines Systems anreichern und die Degradation des Stacks beschleunigen. Hochpräzise Analytik im ppb-Bereich und systemnahe Shortstacktests ermöglichen eine gezielte Bewertung dieser Effekte.

Untersuchungen und Messmethoden

Wasserstoff-Permeationsmessung
Wasserstoffversprödung
Mechanische Untersuchungen
In-situ-Charakterisierung: i-V, EIS, CV, LSV, Grenzstromdichte
REM-EDX-Analysen
µ-GC (Mikro-Gaschromatographie)
IMR-MS (Ion Molecule Reaction Mass Spectrometry)

Abteilungsleiter: Brennstoffzellensysteme

Dr. Ulrich Misz

Brennstoffzellensysteme

+49-203-7598-3313

u.misz@zbt.de

Abteilungsleiterin Neue Materialien und Technologien

Dr. Susanne Palecki

Neue Materialien und Technologien

+49 203 7598-2352

s.palecki@zbt.de