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s/hochtemperatur-brennstoffzelle/Hochtemperaturbrennstoffzelle/gi

Teil 1

Das Projekt "Teil 1" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme durchgeführt. Ziel des Projektes war es, neuartige Wärmetransfertechnologien zur thermischen Ankopplung einer Hochtemperatur-PEM-Brennstoffzelle an ein Wärmereservoir einzusetzen. Heutzutage finden Wärmetransfertechnologien bereits in einer Vielzahl von Bereichen ihre Anwendung, z.B. zur Kraft-Wärme-Kopplung in Gebäuden oder zur PC-Kühlung. Aus der Literatur sind bereits Wärmetransferkomponenten, die durch veränderte Geometrien und geeignete Materialwahl miniaturisiert wurden, bekannt. Bei der entwickelten Wärmetransferkomponente handelt es sich um eine Heatpipe, die in die Bipolarplatten des Brennstoffzellen-Stacks integriert werden sollte. Damit wird es ermöglicht, die Brennstoffzelle in der Startphase auf die notwendige Arbeitstemperatur aufzuheizen, sowie die während des Betriebes erzeugte thermische Energie abzuführen und in einem externen Wärmereservoir zu speichern. Projektidee war es, die Bipolarplatten und Heatpipes aus einem Material herzustellen. An das Material werden folgende Anforderungen gestellt: hohe Temperatur- und Korrosionsbeständigkeit sowie hohe thermische und elektrische Leitfähigkeit bei der anvisierten Temperatur von 160 C bis 180 C. Zudem sollte das Material mit etablierten Verfahren aus der Mikrotechnologie strukturiert werden können. Die Innovationen beruhten auf dem neuen Materialkonzept und der Integration der Heatpipes in die Bipolarplatten eines Brennstoffzellen-Stacks. Zudem sollten andere Wärmetransfertechnologien getestet und mit den integrierten Siliziumheatpipes verglichen werden. Die beiden Partner IMTEK und Fraunhofer ISE konnten erfolgreich aufzeigen, dass Heatpipes als Wärmetransferkomponente in Brennstoffzellen, insbesondere Hochtemperatur-Brennstoffzellen, eingesetzt werden können.

Teil 2

Das Projekt "Teil 2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Albert-Ludwigs-Universität Freiburg, Institut für Mikrosystemtechnik durchgeführt. Ziel des Projektes war es, neuartige Wärmetransfertechnologien zur thermischen Ankopplung einer Hochtemperatur-PEM-Brennstoffzelle an ein Wärmereservoir einzusetzen. Heutzutage finden Wärmetransfertechnologien bereits in einer Vielzahl von Bereichen ihre Anwendung, z.B. zur Kraft-Wärme-Kopplung in Gebäuden oder zur PC-Kühlung. Aus der Literatur sind bereits Wärmetransferkomponenten, die durch veränderte Geometrien und geeignete Materialwahl miniaturisiert wurden, bekannt. Bei der entwickelten Wärmetransferkomponente handelt es sich um eine Heatpipe, die in die Bipolarplatten des Brennstoffzellen-Stacks integriert werden sollte. Damit wird es ermöglicht, die Brennstoffzelle in der Startphase auf die notwendige Arbeitstemperatur aufzuheizen, sowie die während des Betriebes erzeugte thermische Energie abzuführen und in einem externen Wärmereservoir zu speichern. Projektidee war es, die Bipolarplatten und Heatpipes aus einem Material herzustellen. An das Material werden folgende Anforderungen gestellt: hohe Temperatur- und Korrosionsbeständigkeit sowie hohe thermische und elektrische Leitfähigkeit bei der anvisierten Temperatur von 160 C bis 180 C. Zudem sollte das Material mit etablierten Verfahren aus der Mikrotechnologie strukturiert werden können. Die Innovationen beruhten auf dem neuen Materialkonzept und der Integration der Heatpipes in die Bipolarplatten eines Brennstoffzellen-Stacks. Zudem sollten andere Wärmetransfertechnologien getestet und mit den integrierten Siliziumheatpipes verglichen werden. Die beiden Partner IMTEK und Fraunhofer ISE konnten erfolgreich aufzeigen, dass Heatpipes als Wärmetransferkomponente in Brennstoffzellen, insbesondere Hochtemperatur-Brennstoffzellen, eingesetzt werden können.

Teil 1

Das Projekt "Teil 1" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V., Institut für Technische Thermodynamik durchgeführt. Für eine optimale Leistungsfähigkeit von Brennstoffzellen und möglichst geringe Degradation ist eine homogene elektrochemische Aktivität und Temperatur über den gesamten Bereich der Elektroden erwünscht, da eine inhomogene Stromdichte- oder Temperaturverteilung zu einer verringerten Nutzung der Reaktanden oder des Katalysators führt, was sich in einem erniedrigten Wirkungsgrad niederschlägt. Auch die Langzeitstabilität von Zellkomponenten kann durch die ungleichmäßige Verteilung der elektrischen und thermischen Eigenschaften über die Zelle negativ beeinflusst werden. Daher besteht bei den Entwicklern von Brennstoffzellen der starke Wunsch, über entsprechende zu entwickelnde analytische Methoden Informationen über die lokale Verteilung der elektrischen, chemischen und thermischen Eigenschaften zu erhalten, die für eine Verbesserung der Zellen und des Designs genutzt werden können. Im Bereich der Niedertemperatur-Polymermembran-Brennstoffzellen wurden hier vor einigen Jahren umfangreiche Entwicklungen hauptsächlich zur Messung der Stromdichteverteilung begonnen, während es im Bereich der oxidkeramischen Hochtemperaturbrennstoffzelle auf Grund der erhöhten Anforderungen bei den hohen Betriebstemperaturen von 700-1000 C bisher erst relativ wenige Ansätze für eine ortsaufgelöste Messtechnik gab. Ziel des vorliegenden Forschungsvorhabens ist das detaillierte Verständnis der grundlegenden Ursachen, insbesondere der Zusammenhänge von örtlichen Inhomogenitäten mit Betriebsbedingungen, Zellgeometrie und Zellleistung. Hierzu wird in einem integrierten Ansatz insbesondere die Kombination von hochentwickelten experimentellen Methoden mit detaillierten physikalisch-chemischen Modellen und Simulationsrechnungen zum Einsatz gebracht. Die Simulationsrechnungen erlauben die Vorhersage der örtlich verteilten Konzentrationen von Gasphasen-Spezies und Temperatur sowohl in den Gaskanälen als auch innerhalb der porösen Elektroden. Durch das Zusammenspiel von Experiment und Modellierung in einem iterativen Prozess soll ein hinreichend detailliertes Modell erhalten werden, das den komplexen Vorgängen innerhalb der SOFC gerecht wird.

Teil 2

Das Projekt "Teil 2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Heidelberg, Interdisziplinäres Zentrum für Wissenschaftliches Rechnen durchgeführt. Für eine optimale Leistungsfähigkeit von Brennstoffzellen und möglichst geringe Degradation ist eine homogene elektrochemische Aktivität und Temperatur über den gesamten Bereich der Elektroden erwünscht, da eine inhomogene Stromdichte- oder Temperaturverteilung zu einer verringerten Nutzung der Reaktanden oder des Katalysators führt, was sich in einem erniedrigten Wirkungsgrad niederschlägt. Auch die Langzeitstabilität von Zellkomponenten kann durch die ungleichmäßige Verteilung der elektrischen und thermischen Eigenschaften über die Zelle negativ beeinflusst werden. Daher besteht bei den Entwicklern von Brennstoffzellen der starke Wunsch, über entsprechende zu entwickelnde analytische Methoden Informationen über die lokale Verteilung der elektrischen, chemischen und thermischen Eigenschaften zu erhalten, die für eine Verbesserung der Zellen und des Designs genutzt werden können. Im Bereich der Niedertemperatur-Polymermembran-Brennstoffzellen wurden hier vor einigen Jahren umfangreiche Entwicklungen hauptsächlich zur Messung der Stromdichteverteilung begonnen, während es im Bereich der oxidkeramischen Hochtemperaturbrennstoffzelle auf Grund der erhöhten Anforderungen bei den hohen Betriebstemperaturen von 700-1000 C bisher erst relativ wenige Ansätze für eine ortsaufgelöste Messtechnik gab. Ziel des vorliegenden Forschungsvorhabens ist das detaillierte Verständnis der grundlegenden Ursachen, insbesondere der Zusammenhänge von örtlichen Inhomogenitäten mit Betriebsbedingungen, Zellgeometrie und Zellleistung. Hierzu wird in einem integrierten Ansatz insbesondere die Kombination von hochentwickelten experimentellen Methoden mit detaillierten physikalisch-chemischen Modellen und Simulationsrechnungen zum Einsatz gebracht. Die Simulationsrechnungen erlauben die Vorhersage der örtlich verteilten Konzentrationen von Gasphasen-Spezies und Temperatur sowohl in den Gaskanälen als auch innerhalb der porösen Elektroden. Durch das Zusammenspiel von Experiment und Modellierung in einem iterativen Prozess soll ein hinreichend detailliertes Modell erhalten werden, das den komplexen Vorgängen innerhalb der SOFC gerecht wird.

Development of an internal Reforming Alcohol High Temperature PEM Fuel Cell Stack

Das Projekt "Development of an internal Reforming Alcohol High Temperature PEM Fuel Cell Stack" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Institut für Mikrotechnik Mainz e.V. & Co. KG durchgeführt. The main objective of the proposal is the development of an internal reforming alcohol high temperature PEM fuel cell. Accomplishment of the project objective will be made through: Design and synthesis of robust polymer electrolyte membranes for HT-PEMFCs, which will be functional within the temperature range of 190-22OoC. Development of alcohol (methanol or ethanol) reforming catalysts for the production of CO-free hydrogen in the temperature range of HT PEMFCs, i.e. at 190-220oC. Integration of reforming catalyst and high temperature MEA in a compact Internal Reforming Alcohol High Temperature PEMFC (IRAFC). Integration may be achieved via different configurations as related to the Position of the reforming catalyst. The proposed compact system does away with conventional fuel processors and allows for efficient heat management. since the 'waste' heat produced by the fuel cell is in-situ utilized to drive the endothermic reforming reaction. The targeted power density of the system is 0.15 W/cm2 at a ceil voltage ofü.7 V. Thus, the concepts of a catalytic reformer and of a fuel cell are combined in a single, simplified direct alcohol (e.g. methanol) High Temperature PEM fuel cell reactor. The heart of the system is the membrane electrode assembly (MEA) comprising a high-temperature proton-conducting electrolyte sandwiched between the anodic (reforming catalyst + PUC) und cathodic Pt/C gas diffusion electrodes. According to the configuration und the operating conditions described above, the IRAFC is expected to be auto thermal, highly efficient and with zero CO emissions. In addition, the direct consumption ofH2 by the MEA (fuel cell) and the electrochemical promotion effect is expected to enhance the kinetics of reforming reactions, thus facilitating the efficient operation of the reforming catalyst at temperatures below 220 C.

Teilprojekt A

Das Projekt "Teilprojekt A" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forschungszentrum Jülich GmbH, Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK), IEK-14: Elektrochemische Verfahrenstechnik durchgeführt. In den kommenden Jahren wird sich die Nutzung von effizienten, dezentralen mikroKWK-Systemen zur Deckung des Strom- und Wärmebedarfs im Gebäudesektor deutlich erhöhen. Wichtig ist, dass die bereits jetzt am Markt erhältlichen Brennstoffzellensysteme, die auf den Betrieb mit Erdgas ausgelegt wurden, auch in Zukunft, das heißt bei der angestrebten Erhöhung des H2-Anteils im Gasverteilnetz oder bei Umstellung auf 100 % H2 genutzt werden können. Damit wird für mögliche Kunden und Investoren die Planungssicherheit für den Betrieb solcher Systeme verbessert. Gleichzeitig sind Wasserstoff und andere regenerative Gase hochwertige Energieträger und müssen besonders effizient genutzt werden. Daher soll der Wasserstoffeinsatz im Zusammenspiel mit der heterogenen Gebäudestruktur und dem energetischen Gebäudezustand für eine optimale Sanierungsstrategie unter Betrachtung der Anlagendimensionierung und Wasserstoffanteile analysiert werden. Auf der verfahrenstechnischen Seite ergibt sich daraus für die Brenngaserzeugung eine Vielzahl unterschiedlicher Anforderungen, der die Systeme durch Anpassung der eingesetzten Komponenten und einen neu zu entwickelnden Regelungsansatz gerecht werden müssen. Dazu sollen in diesem Projekt die Grundlagen geklärt und innovative Herangehensweisen entwickelt werden. Die Forschungsarbeiten im Hinblick auf die Ertüchtigung der Brennstoffflexibilität bei der Reformierung in Kombination mit einer sehr fortschrittlichen Steuerungs- und Regelungstechnik adressieren TRL 3-5. Wichtige Bausteine des Projekts bestehen aus der Analyse relevanter Anwendungsfälle und Versorgungszentren, Entwicklung von Brenngaserzeugungskomponenten bei variabler Gaskomposition sowie von Betriebs- und Regelungskonzepten, Bestimmung der Gaszusammensetzung und den Systemtests im Verbund.

Teilprojekt B

Das Projekt "Teilprojekt B" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen University, Lehrstuhl für Thermodynamik mobiler Energiewandlungssysteme durchgeführt. In den kommenden Jahren wird sich die Nutzung von effizienten, dezentralen mikroKWK-Systemen zur Deckung des Strom- und Wärmebedarfs im Gebäudesektor deutlich erhöhen. Wichtig ist, dass die bereits jetzt am Markt erhältlichen Brennstoffzellensysteme, die auf den Betrieb mit Erdgas ausgelegt wurden, auch in Zukunft, das heißt bei der angestrebten Erhöhung des H2-Anteils im Gasverteilnetz oder bei Umstellung auf 100 % H2 genutzt werden können. Damit wird für mögliche Kunden und Investoren die Planungssicherheit für den Betrieb solcher Systeme verbessert. Gleichzeitig sind Wasserstoff und andere regenerative Gase hochwertige Energieträger und müssen besonders effizient genutzt werden. Daher soll der Wasserstoffeinsatz im Zusammenspiel mit der heterogenen Gebäudestruktur und dem energetischen Gebäudezustand für eine optimale Sanierungsstrategie unter Betrachtung der Anlagendimensionierung und Wasserstoffanteile analysiert werden. Auf der verfahrenstechnischen Seite ergibt sich daraus für die Brenngaserzeugung eine Vielzahl unterschiedlicher Anforderungen, der die Systeme durch Anpassung der eingesetzten Komponenten und einen neu zu entwickelnden Regelungsansatz gerecht werden müssen. Dazu sollen in diesem Projekt die Grundlagen geklärt und innovative Herangehensweisen entwickelt werden. Die Forschungsarbeiten im Hinblick auf die Ertüchtigung der Brennstoffflexibilität bei der Reformierung in Kombination mit einer sehr fortschrittlichen Steuerungs- und Regelungstechnik adressieren TRL 3-5. Wichtige Bausteine des Projekts bestehen aus der Analyse relevanter Anwendungsfälle und Versorgungszentren, Entwicklung von Brenngaserzeugungskomponenten bei variabler Gaskomposition sowie von Betriebs- und Regelungskonzepten, Bestimmung der Gaszusammensetzung und den Systemtests im Verbund.

Teilvorhaben: Stack und System

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.

Entwicklung, Bau, Betrieb und Simulation eines 1 kW-HT-PEMFC-Stacks

Das Projekt "Entwicklung, Bau, Betrieb und Simulation eines 1 kW-HT-PEMFC-Stacks" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg durchgeführt. Zielsetzung: Im Rahmen des Projekts soll ein Hochtemperatur-PEMFC-Stack (HT-PEMFC) mit einer Leistung von einem kWel. entwickelt, gebaut, betrieben und simuliert werden. Für die Auslegung des Stacks wird auf die aus dem Niedertemperatur-PEMFC-Feld bekannten Techniken des Stackbaus sowie auf die vorhandenen Kenntnisse aus der PAFC- und SOFC-Technik zurückgegriffen. Begleitend zur Konstruktion und zum Betrieb des Stacks wird eine Modellierung und Simulation des HT-PEMFC-Stacks erstellt und anhand der Betriebsdaten validiert. Weiterhin werden im Rahmen des Rahmen des Betriebs geeignete Betriebsführungsstrategien und Diagnoseverfahren entwickelt, welche einen sicheren Betrieb dieser Stacks sowie eine online-Zustandsbestimmung (state of health) erlauben.

FlexSOFC - Verwertung biogener Schwachgase schwankender Qualität in SOFCs

Das Projekt "FlexSOFC - Verwertung biogener Schwachgase schwankender Qualität in SOFCs" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von NOVUM engineerING GmbH durchgeführt. Kernproblem bei der Nutzung von minderwertigen Brennstoffen in Festbettvergasern ist die sich ergebende stark schwankende Qualität des Holzgases und eine fluktuierende Teerbeladung. Eine Verstromung des Holzgases in Gasmotoren ist bei schlechten und wechselnden Brennstoffqualitäten nicht mehr möglich. Allerdings lässt sich eine Umsetzung dieser Gase ohne Zwischenabkühlung in Hochtemperaturbrennstoffzellen (SOFCs) realisieren, wenn eine geeignete Regelung der SOFC-Module den Betrieb mit Gasen schwankender Qualität ermöglicht. Aus diesem Grund soll im Rahmen des beantragten Projektes die Leistungselektronik der Fa. NOVUM Engineering GmbH dazu verwendet werden, die Auswirkungen schwankender Gasqualitäten online zu detektieren und damit auch bei variablen Gasqualitäten den SOFC-Stack effizient und degradationssicher an thermischen Vergasungsanlagen zu betreiben. Abschätzungen lassen erwarten, dass durch die innovative Ansteuerung der Leistungselektronik besonders bei sehr niedrigen Heizwerten ein sicherer Brennstoffzellenbetrieb bei bis zu 40% höherer Brennstoffzellenleistung möglich wird. Ein existierendes 1 kWel Brennstoffzellenheizgerät soll nach einer Methodenentwicklung im Labor der FAU an einer realen Holzvergasungsanlage der Fa. Spanner - flexibel betrieben mit Brennstoffen unterschiedlicher Qualität - demonstriert werden. Um die technische Machbarkeit dieses Konzeptes nachzuweisen, soll insbesondere untersucht werden 1. die Konzeption und Entwicklung eines Wechselrichters der softwareseitig während des Brennstoffzellenbetriebes eine Impedanzspektroskopie zur Systemdiagnose anwenden kann. 2. die Entwicklung von Methoden zur Bestimmung von systemschädlichen Veränderungen der Brennstoffausnutzung am SOFC Stack auf Basis der Ergebnisse der Online-Impedanzspektroskopie und Implementierung einer SOFC-Modulregelkonzepts. 3. die Durchführung von Betriebstest des neu entwickelten Diagnoseverfahrens mit realem Holzgas an einer Vergasungsanlage der Firma Spanner.

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