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Informationen für:

Fakultät Technik und Informatik
Department Maschinenbau und Produktion
Fakultät Technik und Informatik

Labor Brennstoffzellentechnik

Nachstehend erhalten Sie einen Überblick über die Ausstattung des Labors.

© v. Stryk

Versuchsstand PEM-Brennstoffzelle

Zur vertieften Untersuchung von Niedertemperatur-Brennstoffzellen (PEM, PEFC) wurde am Institut mit intensiver studentischer Unterstützung ein Versuchsstand konzipiert, konstruiert und umgesetzt, der für vorlesungsbegleitende Versuche im Master-Studium sowie für die Untersuchung einzelner Forschungsfragen eingesetzt wird.

Über die üblichen energetischen Untersuchungen (U-I-Kennlinien, energetischer Wirkungsgrad, Coulombwirkungsgrad) hinaus erlaubt der Versuchsstand insbesondere

 

 

  • die präzise Gaseversorgung (H2/N2 bzw. Luft) mittels MFCs
  • die Temperierung der zugeführten Gase sowie des BZ-Stacks
  • die geregelte Befeuchtung der zugeführten Gase
  • die thermische Bilanzierung des Stacks
  • den Druckbetrieb des Stacks durch nachgeschaltete gegendruckhaltende MFCs.

Die Regelung des Versuchsstands erfolgt mittels selbstentwickelter Prüfstandssoftware unter NI LabVIEW.

Die Maximalleistung ist durch die Elektronische Last auf 250 W begrenzt; die Wasserstoffversorgung erfolgt hybrid durch einen Wasserstoffgenerator (PEM-Elektrolyseur) mit 1000 Nml/min Leistung und einen zwischengeschalteten Metallhydridspeicher.

Entwickelt und gebaut wurde der Versuchsstand unter Beteiligung zahlreicher Studierender, u. a. Peter Kuhn, Felix Lange, Hendrik Bethke, Steffen Wendland, Konrad Lewandowski, Stephen Holway, Sven Fahrenkrog, Konstantin Juban, Marcel Kruse, Konstantinos Psomas, Thilo Weiland, Rebekka Leisinger, Thomas Belage, Yasin Kizil.

 

 

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© v. Stryk

Versuchsstände Redox Flow-Batterien

Zur Charakterisierung von Einzelzellprototypen stehen zwei Versuchsstände zur Verfügung, die durch ihre sehr vielseitige MSR-Ausstattung und eine vollständig automatisierte Steuerung sowohl diverse Detailuntersuchungen als auch Langzeittests erlauben.

Die Versuchsstände sind insbesondere ausgestattet mit

  • präzise steuerbaren Membranpumpen
  • hochgenauen pH-Messungen mit Temperaturkompensation durch DIN/10 Pt100-Temperaturfühlern
  • in den Kreislauf eingebundenen Analysewaagen
  • Dichtemessmodulen
  • Elektrochemischer Impedanzspektroskopie
  • hochgenaue Spannungsmessung

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© BioLogic

Potentiostat SP150

Zur Testung von Batteriezellen steht ein Potentiostat SP150 der Fa. BioLogic zur Verfügung.

Dieses Gerät erlaubt nicht nur die automatisierte Durchführung von hochpräzisen Lade- und Entladevorgängen sowie die Erfassung der laufenden Betriebsdaten sowie deren Analyse, sondern darüber hinaus diverse elektrochemische Untersuchungsmethoden wie Cyclovoltammetrie, Current Interrupt-Messungen bis hin zu Elektrochemischer Impedanzspektroskopie.

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© BioLogic

Potentiostat SP240

Ein weiterer Potentiostat (BioLogic SP240) mit 4-A-Booster erlaubt einen erheblich größeren Strombelastungsbereich und damit auch die Untersuchung leistungsfähigerer Batterien und Brennstoffzellen.

Ebenso wie der SP150 ermöglicht dieses Gerät die automatisierte Durchführung von hochpräzisen Lade- und Entladevorgängen, die Erfassung der laufenden Betriebsdaten, deren Analyse, sowie diverse elektrochemische Untersuchungsmethoden wie Cyclovoltammetrie, Current Interrupt-Messungen bis hin zu Elektrochemischer Impedanzspektroskopie.

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© Porometer

Porometer "Porolux® 1000"

Im Rahmen des Projekts "tubulAir±" wurde ein Porometer beschafft, das es ermöglicht, die Porengröße und -verteilung einer Probe durch hochpräzise Ermittlung der Durchströmung mittels eines Prüfgases in Abhängigkeit vom Druck zu ermitteln.

Hierzu wird eine Probe definierter Geometrie mit einer benetzenden Flüssigkeit getränkt. Anschließend wird die Probe mit einem ansteigenden Gasdruck beaufschlagt, wobei der sich einstellende Gasfluss Rückschlüsse auf die druckabhängig freigedrückten Poren zulässt.

Somit wird es möglich sein, die später in der Redox Flow-Batterie einzusetzenden porösen Elektrodenmaterialien zuvor zu charakterisieren.

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© fuelcon

Impedanzspektroskopie

Zur Untersuchung des Aufbaus sowie der inneren Vorgänge im Bereich der Elektrochemie hat sich die Elektrochemische Impedanzspektroskopie als ein wichtiges Analyseinstrument etabliert.

Im Forschungsbereich Brennstoffzellen und Energietechnik wird daher als wichtige Ergänzung der vorhandenen Prüfstände ein Impedanzspektroskop beschafft und im Jahr 2010 zum Betrieb eingerichtet.

Es wird damit möglich, die jeweiligen Spannungsverluste verursachenden Effekte innerhalb einer Brennstoffzelle bzw. einer Batterie in gewissem Rahmen zu differenzieren.

Ziel ist es, Aussagen zur Eignung bestimmer Brennstoffzellen- und Batterietypen für bestimmte Anwendungsfelder zu treffen sowie Lebensdauerbetrachtungen durchzuführen.

Zum Einsatz kommt ein "TrueData EIS" der Fa. FuelCon, das Impedanzspektren über einen sehr weiten Bereich sowie bei sehr geringen Widerständen messen kann und damit für die Charakterisierung von Brennstoffzellen und Batteriesystemen prädestiniert ist.

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© v. Stryk

Brennstoffzellenprüfstand 1 (SOFC)

The fuel cell test rig 1 comprises an oven, capable of up to 1000 °C operating temperature. The oven is easily adaptable to various types and shapes of cells, thus allowing for rapid changes of the application.

The control unit is based on National Instruments' LabView, fed by up to 8 thermocouplers for precisest temperature monitoring and control throuout the oven. The heating unit is controlled by a LabView based PID controller, being able to maintain any desired oven temperature within a range of less than 0.1 °C as well as defined ramps both in heating up and cooling down.

Hydrogen supply is maintained by a labor-style 2 cell PEM electroyzer, providing up to 60 Nml/min. The control of the hydrogen supply is being controlled by LabView as well.

The electrical load comprises a high accuracy electronic load, which can be adjusted in constant resistance and constant current mode respectively, precisely being controlled down to below 100 mΩ and small currents as well.

Cell voltage and current is measured by two Agilent AG34405A multimeters with a direct connection to LabView.

Thus it's possible to carry out practically any tests under variation of temperatures and hydrogen supply as well as rapid temperature and load transients and to study cell's under these conditions.

For the future, it is planned to attach a decided oxidant and nitrogen supply, controlled humidification as well as the capability for long term measurements. Today, due to safety issues an unmanned operation is not admissible.

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© v. Stryk

Batterieprüfstand / Battery Test Rig

Since more and more applications are in need of electrochemical energy storage - as the only energy source or as part of a hybrid system - the characterization and development of battery systems has become a major focus for mechanical engineers as well.

To meet these needs, in the beginning of 2009, a completely new designed battery test rig is under construction. In order to maintain full control over any aspects of the rig, the development has been made "from the scratch".

It's main characteristics comprise a charging capacity of up to 100 A and an electrical load of up to 200 A, each of them adjustable within a few ms. Testing will be possible for single cells as well as for larger units up to a nominal voltage of about 60 V.

Control, power supply and all necessary side equipment is located in one central 19" rack, while the batteries to be tested are located under an extractor hood to provide for hydrogen releases etc.

Consequently, the entire system will be controlled by an SPS as far as safety is affected, and, via an OPC connection, by National Instruments' LabView VIs.

Questions to be adressed will not only cover standard charging/discharging cycles, but any real world load profiles either from measurements or simulations. Long term operation will be allowable due to various measures being taken to provide a reliable safety system. This includes particularly several temperature controls as well as electrical safety

Future developments will include the attachment of an EIS (Electrochemical Impedance Spectroscop) in 2010

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Reformerprüfstand / Reformer Test Rig

The reformer test rig comprises the equipment necessary to investigate reforming processes at up to 800 °C. Fuel and gas supply with appropriate flow measurement facilities are provided; catalysts can be applied as desired in a standardized enclosure.


A gas chromatograph for evaluation of the resulting gas streams completes this test rig.

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Letzte Änderung: 30.10.18

An die Redaktion

Labor für Elektrochemie/Brennstoffzellen


Wiss. Mitarbeiter


Alexander v. Stryk
Simon Ressel