ALL-IN-ONE PRÜFSTAND FÜR PEM UND AEM ELEKTROLYSEUR STACKS
Aufgrund der hohen Nachfrage nach grünem Wasserstoff in treibhausgasintensiven Industrien und Energiesystemen investieren viele Unternehmen in neue Elektrolyseurtechnologien. Angesichts des Bedarfs an leistungsstarken und dynamischen Elektrolyseur-Stacks kommen neue Materialien und Systeme auf den Markt, was wiederum neue und innovative Test- und Validierungsverfahren notwendig macht.
Das HyCentA arbeitet seit mehr als 19 Jahren auf dem Gebiet der Wasserstofftechnologien und hat daher auf der Grundlage von Kunden- und Forschungsanfragen mehrere Testinfrastrukturen entwickelt. Die Entwicklung und Implementierung eines Elektrolyseur-Stapelprüfstandes hat das Portfolio der HyCentA-Prüfeinrichtungen erheblich bereichert. Der Elektrolyseprüfstand ermöglicht eine umfassende Charakterisierung von Elektrolyse-Stacks im Hinblick auf ihre Leistungsfähigkeit und Alterungsmechanismen. Eine umfassende Untersuchung verschiedener Betriebsbedingungen und Parameter mit Auswirkung auf Leistung, Sicherheit und Lebensdauer bildet einen wichtigen Grundstein für die Stack- und Systementwicklung.
Mit dem Stackprüfstand kann nicht nur das elektrochemische Verhalten über Polarisationskurven und Impedanzspektren untersucht werden, sondern auch die Wasserstoffdiffusion zur Anodenseite, der Wasserwiderstand zur Kathode sowie die Wasserstoffgasqualität bestimmt werden. Der Prüfstand deckt einen weiten Leistungsbereich von 1-15 kW bei einem maximalen Strom von 670 A und einen Wasserstoffdruck von bis zu 160 bar ab. Durch die flexible Durchfluss- und Temperaturregelung auf der Anodenseite lässt sich ein breites Spektrum an Betriebsbedingungen zwischen 0,1-10 l/min und 20-80 °C abbilden. Durch den sicheren Umgang mit explosiven Atmosphären auf der Anodenseite kann auch der niedrigste Teillastbereich untersucht werden. Der Stack-Teststand ist in mehrere funktionale Teilsysteme unterteilt.
Im Projekt ProGen wurden mehrere Verbesserungen integriert:
1) Implementierung eines 24/7-Betriebs: Der Dauerbetrieb ermöglicht Langzeittests mit geringem Aufwand. 168 Betriebsstunden pro Woche ermöglichen Lebensdauerprüfungen mit beeindruckenden Ergebnissen.
2) Impedanzmessungen bei 400 A: Die Herausforderung von Impedanzmessungen in einem Frequenzbereich von 0,1 Hz bis 50 kHz wurde durch eine Standalone-Entwicklung gelöst.
3) Nachweis des Konzepts der zyklischen Voltammetrie: Auf Stack-Ebene ist die zyklische Voltammetrie eine anspruchsvolle Aufgabe. Unser Team hat einen ersten Machbarkeitsnachweis erbracht, weitere Untersuchungen werden folgen.
Wirkungen und Effekte
Auf der Grundlage dieser Verbesserungen ist der Prüfstand für vielfältige Kunden- und Forschungspartnerwünsche gerüstet. Im Jahr 2023 konnte folgendes erreicht werden:
- Getestete Stacks: 12
- Betriebsstunden: 2.000 h
- Produzierter Wasserstoff: > 88,0 kg
Der neue und verbesserte Prüfstand wird dazu beitragen, neue Technologien zu entwickeln, die den Übergang zu einem neuen und grünen Energiesystem unterstützten.
Projektpartner
- Andritz AG, Österreich
- Heraeus Holding GmbH, Deutschland
- Energienetze Steiermark GmbH, Österreich
- MIBA Sinter GmbH, Österreich
- OMV Downstream GmbH, Österreich
- TU Graz, Österreich
- Profactor GmbH, Österreich
- Simon Fraser University, Kanada
- Laufenberg GmbH, Deutschland