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s/pem-brennstoffzellen/PEM-Brennstoffzelle/gi

Teil 2

Das Projekt "Teil 2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Stuttgart, Institut für Systemdynamik durchgeführt. Ziel des Projekts war der Betrieb einer 4 kWe-PEM-Brennstoffzellen-Demonstrationsanlage mit dem dafür am besten geeigneten leicht speicherbaren, nicht-leitungsgebundenen regenerativen Brennstoff. Durch die hocheffiziente Verstromung mit Hilfe der Brennstoffzellentechnologie bei gleichzeitigem Einsatz regenerativer Energieträger wird eine deutliche Emissionsminderung klimarelevanter Gase im Vergleich zur konventionellen Strom- und Wärmegewinnung erreicht. Als mögliche Brennstoffe kommen dabei Ethanol, Methanol und Dimethylether (DME) sowie Pflanzenöl, Biodiesel und flüssige synthetische Kohlenwasserstoffe in Frage. Im Rahmen des Projektes wurden Ethanol, Methanol und DME vorselektiert und an Hand verschiedener Voruntersuchungen bewertet. Ein bereits erfolgreich mit dem fossilen Brennstoff Erdgas betriebenes System des ZSW wurde auf den ausgewählten Brennstoff modifiziert und betrieben. Als alternatives Reformerkonzept zu dem bisher am ZSW verwendeten FLOX®-Reformer wurde der am ICVT entwickelte Faltreformer untersucht und auf den ausgewählten Brennstoff hin ausgelegt. In Zusammenarbeit mit dem ISYS wurden innovative Regelungskonzepte und Betriebsführungsstrategien für den Betrieb des Brennstoffzellengesamtsystems entwickelt.

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.

Fuel Cell based on-board Power Generation (FCGEN)

Das Projekt "Fuel Cell based on-board Power Generation (FCGEN)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Institut für Mikrotechnik Mainz e.V. & Co. KG durchgeführt. For truck applications the increasing demand for electrical power when the vehicle stands still has Iead to an increasing need for an onboard electric power generator which operates with high efficiency and very bw emissions. A fuel cell based auxiliary power unit (APU), with a diesel fuel processor is regarded as one of the most interesting options since it combines high efficiency, bw emissions and the use of the same fuel as the main engine. The overall objectives of FCGEN are to devebop and demonstrate a proof-of-concept complete fuel cell auxiliary power unit in a real application, onboard a truck. The APU system consisting of a bow-temperature PEM fuel cell, a diesel fuel processor and necessary balance of plant components will be designed to meet automotive requirements regarding e.g. size, mechanical tolerances, durability etc. High targets are set for energy efficiency and therefore this will significantly lead to emissions reductions and greener transport solutions in line with EU targets. A key point in the project is the devebopment of a fuel processing System that can handle bogistic fuels. A fuel processor consisting of autothermal reformer, desuiphurization unit, water-gas-shift reactor, reactor for the preferential oxidation of CO, will be deveboped. The fuel processor will be deveboped for and tested on standard available bw sulphur diesel fuel both for the Europeari anci US fuel qualities. Another key point is the devebopment of an efficient and reliable control system for the APU, integrated with the truck systems, including both hardware and software modules. In the final demonstration, the fuel cell based APU will be tested on a truck as the first step in a defined plan towards full scale field tests.

Non-noble Catalysts for Proton Exchange Membrane Fuel Cell Anodes

Das Projekt "Non-noble Catalysts for Proton Exchange Membrane Fuel Cell Anodes" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Umicore AG & Co. KG durchgeführt. *Development of electrocatalysts.

Teilprojekt 6

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.

Teilprojekt 3

Das Projekt "Teilprojekt 3" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Darmstadt, Fachbereich Chemie, Graduiertenschule Energy Science & Engineering durchgeführt. Im Rahmen des Teilprojekts 3 Elektrokatalyse (NUKFER) wird eine Probenumgebung für Kernresonanzexperimente für in-situ-Untersuchungen eisenhaltiger heterogener Katalysatoren (Fe-N-C) unter Reaktionsbedingungen in der Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle (PEM-BZ) aufgebaut. Fe-N-C-Katalysatoren bilden eine neue Materialgruppe edelmetallfreier Katalysatoren, die wegen ihrer sehr guten Aktivität als aussichtsreiche und günstige Alternative zu Pt/C für die Energiegewinnung in der PEM-BZ gelten. Für diese neuen Materialien treten Degradationsprozesse in der BZ auf, die bisher nur unzureichend verstanden sind. Deshalb soll für die Nutzung an der Beamline P01 (PETRA III) ein PEM-BZ-Messplatz kombiniert mit einem temperierbaren Chemisorptionsmessplatz für ortsaufgelöste in-situ-Messungen der potential- (Load-sMS) und (schad-)gasbedingten Änderungen (Gas-sMS) an den Fe-N-C-Katalysatoren in der Membran-Elektrodeneinheit (MEA) entwickelt werden. Der Messplatz wird im Rahmen einer Doktorarbeit aufgebaut. Grob skizziert umfasst dies i. Beschaffung der Komponenten (BZ, Badkryostaten, Massenspektrometer und x,y,z-Tisch), ii. Anpassung der BZ für in-situ-Experimente bei Normaldruck, Optimierung der MEA-Präparation (Fe-N-C) und Implementierung bei PETRA III, iii. Tests hinsichtlich Gasdichtigkeit, Messgenauigkeit und quantitativer Auswertung der Gasadsorption, iv. Transfer zu PETRA III für Testmessungen, ggf. Nachjustage, dann Nutzerbetrieb. Der Messplatz setzt sich aus zwei Teilkomponenten zusammen: 1. in-situ Brennstoffzellenmessplatz für die ortsaufgelöste Untersuchung der Degradation unter Betriebsbedingungen (Load-sMS). 2. in-situ Chemisportionsmessplatz zur ortsaufgelösten Untersuchung des Einflusses von (Schad-)Gasen auf die Katalysatoren in der Brennstoffzelle (Gas-sMS). Die Tätigkeiten des Doktoranden werden durch weitere Mitarbeiter der Arbeitsgruppe bei der Katalysatorherstellung, der Parameteroptimierung und bei den Messzeiten am Synchrotron unterstützt.

Teilprojekt 1.2: Kompakte Rückverstromung von PowerPaste-H2 durch PEM-Brennstoffzelle mit O2 und Luft

Das Projekt "Teilprojekt 1.2: Kompakte Rückverstromung von PowerPaste-H2 durch PEM-Brennstoffzelle mit O2 und Luft" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Siemens Energy Global GmbH & Co. KG durchgeführt. Das Innovationsprojekt HYPOS möchte die Nutzung von Grünem Wasserstoff in den Bereichen Chemieindustrie, Raffinerie, Mobilität und Energieversorgung vorantreiben. Kurzfristig liegt der Fokus auf der Vorbereitung der Wasserstoffinfrastrukturen und einer anfänglichen Substitution von Grauem Wasserstoff in der Chemie- und Raffinerieindustrie sowie weiteren Einstiegs- und Nischenmärkten. Mittelfristig soll unter Nutzung der Infrastrukturen der Absatz von Grünem Wasserstoff in den Märkten Strom- und Wärmeversorgung sowie Mobilität gesteigert und durch Skaleneffekte der Einsatz von Grünem Wasserstoff vorangetrieben werden. Langfristig soll somit die Grüne Wasserstofftechnologie ein fester Bestandteil in der Energie- und Rohstoffversorgung Deutschlands und über die Grenzen hinaus erfahren. Das hiermit beantragte Vorhaben H2Progress folgt mit den Verbundpartnern Fraunhofer IFAM Dresden und der Siemens AG diesen Zielen. Es soll ein weltweit einzigartiger 1-kWel-Wasserstoffgenerator (H2-Paste durch Hydrolyse) mit einer hybridisierten O2/Luft-PEM-Brennstoffzelle betrieben und auf Systemebene mit dem Energiespeichersystem ein Technischer Reifegrad von 5 erreicht werden. Das Vorhaben soll im März 2020 starten und beinhaltet zudem den assoziierten Industriepartner H2Sys. Das Vorhaben könnte einen Paradigmenwechsel der sicheren und netzunabhängigen H2-Versorgung für PEM-Brennstoffzellensysteme der Leistungsklasse 500 Wel bis 10 kWel auslösen und einen zusätzlichen Grünen Wasserstoffpfad ermöglichen. Somit dient das Vorhaben der Grundidee und den Zielen von HYPOS in idealer Weise. Die wichtigsten Forschungsziele von H2PROGRESS sind sehr hohe volumetrische und gravimetrische Speicherdichten sowie eine einfache Handhabung und eine sehr hohe Dynamik für das Energiespeichersystem. Das Brennstoffzellenwasser soll für die Hydrolyse genutzt werden. Das Vorhaben soll im Dezember 2021 mit Tests im Temperaturbereich von 4 bis 45 Grad Celsius abgeschlossen werden.

Teilprojekt A

Das Projekt "Teilprojekt A" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen University, Lehrstuhl für Digital Additive Production durchgeführt. Um unsere Gesellschaft klimaneutral zu gestalten, werden in Zukunft große Mengen aus erneuerbaren Energien per Wasserelektrolyse hergestellter Wasserstoff benötigt werden. Aus diesem Grund sollen in HyInnoCells innovative poröse Transportschichten entwickelt werden, welche eine Schlüsselkomponente von Elektrolyseuren darstellen. Diese sollen in einem Additive Layer Manufacturing-Ansatz hergestellt werden, bei dem aus mehreren porösen Schichten eine Sandwichstruktur erzeugt wird. Zusätzlich sollen Beschichtungen für die porösen Schichten entwickelt werden, welche diese vor Korrosion schützen und die Kontaktwiderstände verringern sollen, um so Elektrolyseure mit höherem Wirkungsgrad sowie höherer Lebensdauer zu erhalten. Zur Auswahl vielversprechender Werkstoffe wird die additive Fertigung benutzt, um schnell beschichtete Strukturen aus verschiedenen Werkstoffen zu erzeugen und zu testen. Die Technologieentwicklung wird im Projekt mit Hinblick auf die spätere kontinuierliche Produktion durchgeführt, mit welcher Produktionskosten reduziert und die Elektrolyseure so schneller wettbewerbsfähig sein können. An der RWTH Aachen sind der Lehrstuhl für Digitale Additive Production (DAP) und der Lehrstuhl für Production Engineering of E-Mobility Components (PEM) beteiligt. Am DAP werden in einem Rapid-Prototyping-Ansatz poröse, beschichtete Strukturen verschiedener Werkstoffe und Werkstoffkombinationen additiv gefertigt, welche dann in elektrochemischen Tests auf ihre Eigenschaften getestet werden können. Die Fertigung geschieht in einer Multimaterialanlage, in welcher die porösen Strukturen mittels Laser Bed Powder Fusion (LPBF) hergestellt werden und mittels Aerosol-Jet-Printing mit verschiedenen metallischen Beschichtungen beschichtet werden. Der PEM begleitet das Projekt im Hinblick auf den möglichen Transfer der entwickelten porösen Transportschichten und der Fertigungstechnologie in die Fertigung von Brennstoffzellen.

Teilprojekt B

Das Projekt "Teilprojekt B" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von EKPO Fuel Cell Technologies GmbH durchgeführt. Bis heute konnten PEM-Brennstoffzellensysteme in mobilen Anwendungen nicht in der Breite eingeführt werden. Trotz zahlreicher Vorteile gegenüber rein elektrischen Antrieben, liegt der Grund dafür vor allem in den höheren Systemkosten. Durch eine parallele Untersuchung und Optimierung der Kosten, Effizienz, Dynamik und Lebensdauer ist jedoch von einer zeitnahen Marktdurchdringung von PEM-Brennstoffzellensystemen auszugehen. Während die Materialwissenschaften und die Produktionstechnik in enger Zusammenarbeit die einzelnen Komponenten des Brennstoffzellenstacks optimieren und durch eine Hochskalierung der Produktion dessen Kosten reduzieren, ist es Aufgabe der Systemingenieure und Regelungstechnik das PEM-Brennstoffzellensystem bei einer hohen Effizienz und Dynamik zu betreiben, ohne die Lebensdauer zu mindern. Ziel des Projektes ist es daher, eine robuste Regelung für ein hochdynamisches PEM-Brennstoffzellensystem bei gleichzeitig hoher Lebensdauer zu entwickeln. Basierend auf Untersuchungen auf den bestehenden Prüfständen der Forschung und Industrie sollen mathematische Modelle für den Brennstoffzellenstack und seine Nebenaggregate erstellt und sukzessive für die Anwendung in der Regelung reduziert werden. Diese Modelle sollen neben dem dynamischen Verhalten ebenfalls die Degradation berücksichtigen. Validiert werden diese Modelle hinsichtlich Degradation durch Untersuchungen an real gealterten Komponenten der Stacks, die durch die EKPO durchgeführt werden. Mittels einer modellprädiktiven Regelung, welche auf Basis des echtzeitfähigen Modells des Brennstoffzellensystems sowie der Information von Zustandsbeobachtern durch die EKPO mitentwickelt wird, soll eine robuste und sichere Regelung realisiert werden. Eine Zustandserfassung und Lebensdauer-prognose soll darüber hinaus den Weg für prädiktive Wartungsstrategien ebnen, deren Beitrag im Rahmen einer TCO-Analyse quantifiziert werden soll.

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