Das Projekt "Teilprojekt 6" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von H-TEC Wasserstoff-Energie-Systeme GmbH durchgeführt. 1. Vorhabenziel: Die Elektrolyse dient als Verbindungsglied zwischen den erneuerbaren Energien (EE) und den Synthesen. Da aus der elektrischen Energie aus erneuerbaren Quellen in einem elektrochemischen Prozess speicherbares Gas erzeugt wird, eignet sich der Elektrolyseur mit angeschlossenem Puffertank hervorragend zur Versteifung des Energieflusses für die Methanerzeugung. Aufgrund des schnellen Antwortverhaltens und des großen Operationsfensters eignet sich vor allem die PEM-Elektrolyse für die dynamische Betriebsweise durch EE. Ziel dieses Verfahrens ist es deshalb, den Prototypen eines PEM-Druckelektrolyseur PEM-Druckelektrolyseurs an die Erfordernisse einer dynamischen Betriebsweise anzupassen. 2. Arbeitsplanung: In dem Projekt geht es um die konstruktive Integration alternativer Materialien zur Optimierung von Wirkungsgrad (AP1a, Teil 1), Lebensdauer (AP1a, Teil 2), Druck und Kosten. In allen diesen Bereichen besteht noch erheblicher FuE-Bedarf. Es handelt sich vor allem um die Materialien der Bipolarplatte, der Dichtung, die Gasdiffusionsschichten, der Membran und der Katalysatoren (immer mit Blick auf das dynamische Verhalten des Gesamtsystems). Gerade die Degradation ist im hohen Maße von den verwendeten Materialien abhängig. Daher sind eine lange Testphase (AP1a, Teil 3) und eine genaue Analyse der Ergebnisse der Studien (AP1a, Teil 4) zum Langzeitverhalten notwendig. Im Rahmen des Teilprojektes werden mehrere Teststacks aufgebaut und vermessen.
Das Projekt "Teilprojekt 2: Verfahrensentwicklung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Vereinigung zur Förderung des Instituts für Kunststoffverarbeitung in Industrie und Handwerk an der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule Aachen e.V. durchgeführt. Das Ziel des Forschungsprojekts ist die Entwicklung von elektrisch und thermisch leitfähigen Materialien, die als Bipolarplatte, Redox-Flow-Batterie bzw. Wärmetauscher eingesetzt werden können. In einem Verbundprojekt mit den Partnern Eisenhuth GmbH & Co. KG, Allod Werkstoff GmbH & Co. KG, Calorplast Wärmetechnik GmbH, Kessen Maschinenbau GmbH, Protech GmbH, Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e.V. und Institut für Kunststoffverarbeitung an der RWTH Aachen e.V. wird einerseits ein Verfahren entwickelt, bei dem der innere, elektrisch und thermisch leitfähige Teil der Bipolarplatte bzw. Wärmetauscherplatte aus einem hochgefüllten Komposit hergestellt und dieses Bauteil im Spritzgießverfahren mit einem mechanisch belastbaren Kunststoff umspritzt wird. Andererseits werden druckfeste und fluiddichte Wärmetauscher-Geometrien durch ein hierfür konfiguriertes Fügeverfahren (z. B. Ultraschall-Schweißen) für die Anwendung in einem Blockheizkraftwerk (BHKW) gefertigt. Ausgehend von den mechanischen Herausforderungen dieses neuartigen Bauteilverbunds werden systematische Untersuchungen zur Fügetechnologie und Rezepturentwicklung von leitfähigen Kompositen und des Rahmenmaterials vorgenommen. Der Materialverbund wird in Versuchsanlagebauteilen unter praxisrelevanten Bedingungen getestet. AP1: Definition von Zielanforderungen und Auswahl von Materialien und Fügeverfahren AP2: Entwicklung von Herstellungsprozessen und Probekörperentwicklung AP3: Untersuchung der Fügeverfahren AP4: Untersuchungen zur Verfahrensanpassungen beim Fügen AP5: Aufbau von Versuchsanlagen und Tests im Lastfall
Das Projekt "Teilvorhaben: Stack und System" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von fischer eco solutions GmbH durchgeführt. Im Rahmen des Projektes sollen erstmalig Bipolarplatten auf Basis des chemisch sehr stabilen Werkstoffes Polyphenylensulfid in einer aktiven Größe von 227 x 114 x 1,35 mm inklusiver aller benötigten Strukturen spritzgießtechnisch in einem Arbeitsgang zur Anwendung in Hochtemperatur-Brennstoffzellen realisiert werden. Die Schlüsselstelle zur erfolgreichen Realisierung stellt dabei das Zusammenspiel einer speziell angepassten Spritzgießmaschine mit der Kerninnovation im Projekt - dem 'Induktions-Sandwichboden-Spritzgießwerkzeug' - und den dafür maßgeschneiderten Werkstoffen dar. Zunächst beginnen parallele Arbeiten an der Materialentwicklung der Compounds durch das ZBT und die Entwicklung eines induktiv variothermen Spritzgießwerkzeugs inklusive unterschiedlicher Formeinsätze durch Dr. Schneider. Es folgen die Abmusterung und systematische Untersuchung der neuen Compounds und Spritzgießformen durch das ZBT sowie in-situ Tests mit drei zeitlich aufeinander folgenden Generationen von Bipolarplatten durch fischer eco solutions. Die drei Plattengenerationen werden ausgehend von ersten heißgepressten blank plates hinzu serientauglich produzierbaren Bipolarplatten durch das ZBT hergestellt und durch fischer eco solutions weiterverarbeitet und schlussendlich durch Tests in BZ-Stacks und Systemen qualifiziert. Die letzte Generation an Bipolarplatten wird auf einem neuen, optimierten Spritzgießwerkzeug von Dr. Schneider hergestellt, welches die Serientauglichkeit des Prozesses nachweisen soll. Abschließend folgt eine wirtschaftlich-technische Bewertung aller Prozesse gegenüber den konkurrierenden Verfahren.
Das Projekt "Teilprojekt: Methoden zur gezielten Alterung und Optimierung der Membranen - Umsetzung in die Praxis" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von FUMATECH BWT GmbH durchgeführt. Die Vanadium-Redox-Flow-Batterie (VRFB) ist eine vielversprechende Technologie, um Speicherkapazität für eine Stundenreserve günstig bereitzustellen. In der VRFB wird ausschließlich Vanadium in vier Oxidationsstufen eingesetzt. Dies schließt die Kreuzkontamination der Redoxpaare aus und erhöht die Lebensdauer der Batterie. Nachteilig sind die Korrosivität des Elektrolyten und die damit verbundenen Materialanforderungen sowie die Selbstentladung der Batterie. Um die Materialentwicklung für alle Komponenten, d.h. Elektroden, Elektrolyt, Membran, Bipolarplatten und Dichtungen, voranzutreiben, müssen deren Degradationsprozesse im Betrieb verstanden werden. Darauf aufbauend sollen Verfahren entwickelt werden, um in anwendungsnahen Materialtests eine beschleunigte Alterung herbeizuführen. Die Ergebnisse sollen in ein Modell eingepflegt werden, um die Kosten auf die Lebensdauer eines Systems abzuschätzen und um die Betriebsweise so anzupassen, dass die Lebensdauer erhöht wird. Die Komponenten von Vanadium-Redox-Flow-Batterien (VRFB) werden einzeln und in ihrem Zusammenwirken auf ihr Degradationsverhalten untersucht. Dazu werden Alterungsprozesse identifiziert, Parameterabhängigkeiten definiert und daraus Protokolle erstellt. An Langzeit-Testständen gealterte Komponenten werden mit im Betrieb gealterten Komponenten von industriellen Partnern verglichen. Es werden Methoden zur gezielten und beschleunigten Alterung entwickelt. Die Degradation der Komponenten wird mit ex-situ und on-line Methoden untersucht. Es wird ein Modell erstellt, das Vorhersagen über die Langzeitstabilität und Kosten für VRFB-Systeme ermöglichen soll. Die Projektpartner bilden einen großen Teil der VRFB-Komponenten ab und den beteiligten Unternehmen werden wissenschaftliche Partner an die Seite gestellt. Die Projektpartner arbeiten interdisziplinär und übergreifend zusammen, so dass die Ergebnisse verifiziert werden können und eine breite Datenbasis zur Verfügung steht.
Das Projekt "Teilvorhaben E" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme durchgeführt. Ziel des Gemeinschaftsprojektes BePPel ist die Definition und Standardisierung der Messung physikalischer Parameter und hier insbesondere elektrischer Leitfähigkeiten sowie Kontaktwiderstände (in-plane und through-plane) an graphitischen und metallischen Bipolarplatten in Niedertemperatur- (NT) und Hochtemperatur-Anwendungen (HT) in Brennstoffzellensystemen sowie in Elektrolysesystemen. Ziel des Teilvorhabens von Fraunhofer ist die Charakterisierung des Korrosionsverhaltens in Ex-situ-Tests und die Bestimmung von Kontaktwiderständen, der Materialbeständigkeit und der Stromflussverteilung. Das Teilvorhaben des Fraunhofer ISE gliedert sich in folgende Arbeitspakete: a) Elektrochemische Messungen b) Bestimmung der Kontaktübergangswiderstände c) Auslagerungsversuche Das Teilvorhaben des Fraunhofer ICT gliedert sich in folgende Arbeitspakete: d) Elektrochemische Messungen e) Bestimmung von in-plane und through-plane Leitfähigkeiten f) Untersuchung des Einflusses von polymerreichen Schichten bei spritzgegossenen Bipolarplatten g) Untersuchung der Relevanz von Leitfähigkeitsbestimmung entlang der Prozesskette zur Herstellung h) Untersuchungen zur Stromverteilung i) Erstellung eines Stromflussmodells und Ableitung geeigneter Kenngrößen für QS Messungen j) Validierung in Einzelzelltests.
Das Projekt "Teilvorhaben C" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg durchgeführt. Bipolarplatten für Brennstoffzellen und Elektrolyseure (BePPel): Für das Teilprojekt des ZSW liegt der Schwerpunkt auf der Charakterisierung von metallischen Bipolarplatten. Die physikalischen Eigenschaften metallischer Bipolarplatten werden stark von ihrer Oberfläche beeinflusst, wobei auch Oberflächenbeschichtungen eine Rolle spielen. Deshalb sind für die Charakterisierung metallischer Bipolarplatten insbesondere auch Analysemethoden zur Oberflächenuntersuchung relevant. Da sich die Bipolarplattenoberflächen während des Brennstoffzellenbetriebes stark ändern können, ist zur Charakterisierung und Qualitätssicherung metallischer Bipolarplatten auch eine Untersuchung des Alterungsverhaltens wichtig, was durch elektrochemische Korrosionsuntersuchungen sowie beschleunigte Alterungsuntersuchungen erfolgen kann. Die am ZSW entwickelten und zur Anwendung kommenden Methoden können großteils auch bei graphitischen Bipolarplatten verwendet werden. Am ZSW werden zur Charakterisierung der Bipolarplatten elektrochemische Messungen, schwerpunktmäßig Korrosionsuntersuchungen an metallischen Bipolarplatten, Kontaktwiderstandsmessungen mittels Druck-Zug-Prüfmaschine und prä- und post-Test Analysen mittels REM und oberflächensensitiver Analysemethoden durchgeführt. Außerdem sollen am ZSW mithilfe einer vorhandenen Apparatur zur künstlichen Alterung 'accelerated ageing' Versuche durchgeführt und die so künstlich gealterten Bipolarplatten ebenfalls mit der beschriebenen Analytik untersucht werden.
Das Projekt "Teilprojekt E" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Eisenhuth GmbH & Co. KG durchgeführt. 1. Ziel des Vorhabens- Im vorliegenden Projekt wird von den Partnern eine Bio-Brennstoffzelle zum Einsatz in einer Kläranlage entwickelt, ein Funktionsmuster gefertigt und in Betrieb genommen. Dieser Bio-Reaktor reinigt das Wasser von Schadstoffen und erzeugt dabei elektrische Energie. Dafür sind keine Edelmetallkatalysatoren erforderlich. Die Leistung der BioBZ ist mit ca.0,5 Watt/m2 aktive Fläche gering, so dass große Flächen bzw. große Platten erforderlich sind. Der Beitrag von Eisenhuth ist die Entwicklung und Fertigung der Bipolarplatten. Zudem leitet Eisenhuth das Arbeitspaket 3. 'Entwicklung der Pilotanlage'. Ziel der Forschungsarbeiten bei Eisenhuth ist die Entwicklung einer neuartigen Bipolarplatten-Technologie, die den Aufbau derart großflächiger Zellen erlaubt. Arbeitsplanung: Seitens der Bipolarplatten ist das Projekt in drei Phasen unterteilt: zunächst erfolgen in Phase 1. Vorversuche zur Auslegung des Flow Fields, insbesondere in Hinblick auf die große Zellfläche, den flüssigen Energieträger und vor allem den Gehalt an Schwebstoffen. In Phase 2 werden Graphite-Composite Platten im technischen Maßstab für die BioBZ Demo-Anlage entwickelt, gefertigt und dem Cutec zum Stack Assemling zur Verfügung gestellt. Phase 3 beinhaltet die Entwicklung einer Plattentechnologie, die für den großtechnischen Maßstab wirtschaftlich sinnvoll eingesetzt werden kann. Hier werden Edelstahlplatten mit einer Carbon-Schicht versehen, die elektrisch leitfähig und katalytisch aktiv ist.
Das Projekt "Teilvorhaben: Entwicklung von Feinstrukturen auf met. Bipolarplatten durch Umformprozess, den Anforderungen und Belastungen beim Klebfügen entsprechend" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Gräbener Maschinentechnik GmbH & Co. KG durchgeführt. Vorhabenziel ist die Erforschung des Klebfügens metallischer Bipolarplatten (BPP) für PEM- Brennstoffzellen unter den besonderen Anforderungen des automobilen Betriebs als eine technologische / wirtschaftliche Alternative zum Laserfügen. Es wird erforscht, wie sich Kostenreduktionen durch den Einsatz der Klebfügetechnologie erzielen lassen, welche Potentiale hinsichtlich Bauraum- und Gewichtsreduktion bestehen und welche Auswirkungen das Klebfügen auf die Lebensdauer der gefügten BPP hat. Durch den Einsatz der Klebfügung sollen somit kostengünstige, packaging- und lebensdaueroptimierte BPP entstehen, deren Einsatz in automobilen BSZ-Systemen den Markteintritt von BSZ-Fahrzeugen beschleunigt. VW, Gräbener und ZBT entwickeln die Testzelle und den Demonstrator, Gräbener fertigt die entsprechenden BPPs. Jowat und ifs erforschen geeignete leitfähige Klebstoffe, Hardo und ifs erforschen geeignete Klebstoffapplikationsverfahren und bringen die Klebstoffe auf die Testzelle und den Demonstrator auf. Gräbener und ifs erforschen die Referenztechnologie des Schweißfügens und stellen geschweißte Referenz-BPP für die Qualifizierung zur Verfügung. ZBT und VW erforschen die Eignung der Klebfügetechnologie in Ex-Situ und In-Situ Versuchen, dazu werden die Demonstratoren zu Stacks assembliert und auch Messungen mit den geschweißten Referenz-BPP durchgeführt. Die Eignung der Klebfügetechnologie für den Einsatz in automobilen BSZ wird durch VW in Kooperation mit allen Partnern beurteilt.
Das Projekt "Teilvorhaben: Material und Prozess" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Zentrum für BrennstoffzellenTechnik GmbH durchgeführt. Im Rahmen des Projektes sollen erstmalig Bipolarplatten auf Basis des chemisch sehr stabilen Werkstoffes Polyphenylensulfid in einer aktiven Größe von 227 x 114 x 1,35 mm inklusiver aller benötigten Strukturen spritzgießtechnisch in einem Arbeitsgang zur Anwendung in Hochtemperatur-Brennstoffzellen realisiert werden. Die Schlüsselstelle zur erfolgreichen Realisierung stellt dabei das Zusammenspiel einer speziell angepassten Spritzgießmaschine mit der Kerninnovation im Projekt - dem 'Induktions-Sandwichboden-Spritzgießwerkzeug' - und den dafür maßgeschneiderten Werkstoffen dar. Zunächst beginnen parallele Arbeiten an der Materialentwicklung der Compounds durch das ZBT und die Entwicklung eines induktiv variothermen Spritzgießwerkzeugs inklusive unterschiedlicher Formeinsätze durch Dr. Schneider. Es folgen die Abmusterung und systematische Untersuchung der neuen Compounds und Spritzgießformen durch das ZBT sowie in-situ Tests mit drei zeitlich aufeinander folgenden Generationen von Bipolarplatten durch fischer eco solutions. Die drei Plattengenerationen werden ausgehend von ersten heißgepressten blank plates hin zu serientauglich produzierbaren Bipolarplatten durch das ZBT hergestellt und durch fischer eco solutions weiterverarbeitet und schlussendlich durch Tests in BZ-Stacks und Systemen qualifiziert. Die letzte Generation an Bipolarplatten wird auf einem neuen, optimierten Spritzgießwerkzeug von Dr. Schneider hergestellt, welches die Serientauglichkeit des Prozesses nachweisen soll. Abschließend folgt eine wirtschaftlich-technische Bewertung aller Prozesse gegenüber den konkurrierenden Verfahren.
Das Projekt "Teilprojekt: Optimierung der Elektroden - Transfer in industrielle Praxis" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von SGL Carbon SE durchgeführt. Die Vanadium-Redox-Flow-Batterie (VRFB) ist eine vielversprechende Technologie, um Speicherkapazität für eine Stundenreserve günstig bereitzustellen. In der VRFB wird ausschließlich Vanadium in vier Oxidationsstufen eingesetzt. Dies schließt die Kreuzkontamination der Redoxpaare aus und erhöht die Lebensdauer der Batterie. Nachteilig sind die Korrosivität des Elektrolyten und die damit verbundenen Materialanforderungen sowie die Selbstentladung der Batterie. Um die Materialentwicklung für alle Komponenten, d.h. Elektroden, Elektrolyt, Membran, Bipolarplatten und Dichtungen, voranzutreiben, müssen deren Degradationsprozesse im Betrieb verstanden werden. Darauf aufbauend sollen Verfahren entwickelt werden, um in anwendungsnahen Materialtests eine beschleunigte Alterung herbeizuführen. Die Ergebnisse sollen in ein Modell eingepflegt werden, um die Kosten auf die Lebensdauer eines Systems abzuschätzen und um die Betriebsweise so anzupassen, dass die Lebensdauer erhöht wird. Die Komponenten von Vanadium-Redox-Flow-Batterien (VRFB) werden einzeln und in ihrem Zusammenwirken auf ihr Degradationsverhalten untersucht. Dazu werden Alterungsprozesse identifiziert, Parameterabhängigkeiten definiert und daraus Protokolle erstellt. An Langzeit-Testständen gealterte Komponenten werden mit im Betrieb gealterten Komponenten von industriellen Partnern verglichen. Es werden Methoden zur gezielten und beschleunigten Alterung entwickelt. Die Degradation der Komponenten wird mit ex-situ und on-line Methoden untersucht. Es wird ein Modell erstellt, das Vorhersagen über die Langzeitstabilität und Kosten für VRFB-Systeme ermöglichen soll. Die Projektpartner bilden einen großen Teil der VRFB-Komponenten ab und den beteiligten Unternehmen werden wissenschaftliche Partner an die Seite gestellt. Die Projektpartner arbeiten interdisziplinär und übergreifend zusammen, so dass die Ergebnisse verifiziert werden können und eine breite Datenbasis zur Verfügung steht.
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