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Degradation von Brennstoffzellen

 

PEM-Brennstoffzellensysteme (FC) wandeln grünen Wasserstoff in elektrische Energie um und können zum Antrieb von Elektrofahrzeugen verwendet werden. Daher werden sie eine wichtige Rolle in einer nachhaltigen Gesellschaft spielen. Eine der größten Herausforderungen bei PEM-Brennstoffzellen ist die mäßige Lebensdauer, die durch Degradationsmechanismen in bestimmten Betriebsarten verursacht wird. Heute erreichen PEMFCs für Schwerverkehrsanwendungen bereits Lebensdauern von bis zu 35 000 Stunden, die dringend weiter erhöht werden sollte. Damit Brennstoffzellensysteme am Übergang zu einer nachhaltigen Gesellschaft teilhaben können, müssen die Degradationsmechanismen vollständig verstanden, Tests von Brennstoffzellensystemen optimiert werden und dadurch die Lebensdauer erhöht werden. Der Schwerpunkt dieses Projekts liegt auf mobilen Brennstoffzellenanwendungen. Die Methoden und Ergebnisse lassen sich jedoch auch leicht auf stationäre Brennstoffzellen übertragen.

Langfristiges und strategisches Ziel von HyLife ist es, ein tieferes Verständnis der Degradation von Brennstoffzellen, Stacks und Systemen durch den Einsatz neuer Testmethoden und Diagnosewerkzeuge zu erreichen. Weiters soll die Ableitung von Präventionsmaßnahmen zur Eindämmung von Degradation erfolgen. Die Entwicklung von beschleunigten Belastungstests ist für die Vorhersage der Lebensdauer und daher für die langfristige Entwicklung von Brennstoffzellen unerlässlich.

HyLife wird daher neuartige Testverfahren für beschleunigte Belastungstests entwickeln, insbesondere für Schwerlastanwendungen. Ziel ist es, ein tieferes Verständnis der Degradation von PEMFCs von der Zelle über Stack bis hin zum System zu erlangen, wobei erstmals die Abhängigkeit der Degradationsmechanismen auf diesen verschiedenen Ebenen untersucht werden soll. Dies schließt auch die Degradation von BoP-Komponenten (wie z.B. Konnektoren im Kühlmittel) und deren Wechselwirkung mit den Zellen und dem Stack ein. Ein weiteres Ziel ist es, validierte beschleunigte Stresstestfaktoren zu ermitteln.

Proton Motors Brennstoffzellensystem am ITNA Prüfstand für Schadgasmessungen

Das zweite Hauptziel ist die Entwicklung eines Diagnosewerkzeugs für die Degradationsmessung und –vorhersage. Die Methode ermöglicht die Degradationserkennung in einer Weise, die eine passive Überwachung auf allen Integrationsebenen der Brennstoffzellenprüfung erlaubt. Darauf aufbauend sind die Ableitung von Gegenmaßnahmen auf Zell-, Stack- und Systemebene sowie die Ermittlung des aktuellen Zustands des Prüflings weitere Ziele. All dies wird schließlich an den bestehenden Testinfrastrukturen von HyCentA, TU Graz und AVL umgesetzt.

Erwartete Ergebnisse:

  • Testmethoden für beschleunigte Stresstests
  • Tiefere Einblicke in Degradationsmechanismen (zeitabhängig, Gesamtzustand)
  • Prüfverfahren wird zu einer Werkzeugkette zusammengefasst
  • Maßnahmen gegen Degradation werden für Zell-, Stack- und Systemebene (inkl. BoP) unter Berücksichtigung des aktuellen Zustandes vorgeschlagen

 

Projektlaufzeit 04/2021 – 03/2025
Bereich Mobilität
Projektleitung + Kontakt HyCentA Research GmbH,
Sebastian Scheikl, scheikl@hycenta.at
Partner AVL List GmbH, Fronius International GmbH, Henn GmbH & Co KG, TU Graz – CEET, ITNA

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