Übersicht
Versuchsträger
- SH2orty - PEM Brennstoffzellen Kurzstapelteststand
- Testzelle für Wasserstoffpermeation
- Autoklav zur H2-Materialkompatibilitätsbestimmmung von Proben
- Ejector Teststand
- PEM-Single Cell Teststand
- PEM Stackteststand
- BZ-Kathodensubsystemprüfstand
- Probenahmesystem zur Analyse von Gasqualität an Tankstellen und in Produktionsprozessen
- Eichnormal für Wasserstoffzapfsäulen
- EHC Elektrochemischer Kompressionsteststand „HERON“
Prüfstände
Hochdruckprüfstand „Pascal“
Der Multifunktionsprüfstand dient der Prüfung von wasserstoffführenden Bauteilen und Wasserstoffsystemen, in denen komprimierter gasförmiger Wasserstoff bis 890 bar zur Anwendung kommt.
Es besteht die Möglichkeit Funktionstests an Prüflingen, wie beispielsweise Befüll- oder Entleerungsvorgänge, Dauerprüfungen, Druckzyklusprüfungen, Prüfung auf innere und äußere Dichtheit durchzuführen. Alle Prüfungen können bei konditionierten Umgebungsbedingen von -30 °C bis +70 °C durchgeführt werden. Weiters ist ein direkter Abgang des 700 bar Dispensers „Grot“ integriert, wodurch auch Betankungsversuche mittels der Messtechnik des Prüfstands miteinbezogen werden können.
Test- und Forschungsportfolio am Pascal:
- Gas Handling Units
- H2-Speichersysteme
- Hochdruck H2-Prototypenbauteile -systeme und -subsysteme
- Brennstoffzellensysteme und -subsysteme
- Mechanische H2-Verdichter
- Elektrochemische H2-Verdichter
- Elektrolysesysteme bis 30 kW
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Komponentenprüfstande „Deimann“ und „Troostwijk“
Die Komponentenprüfstände „Deimann“ und „Troostwijk“ dienen der Prüfung von wasserstoffführenden Bauteilen und Wasserstoffsystemen, in denen komprimierter gasförmiger Wasserstoff bis 300 bar zur Anwendung kommen.
Es besteht die Möglichkeit Funktionstests an Prüflingen und Komponenten, wie beispielsweise Performancetests, Befüll- oder Entleerungsvorgänge, Dauerprüfungen, Druckzyklusprüfungen, Prüfung auf innere und äußere Dichtheit durchzuführen.
Test- und Forschungsportfolio
am Deimann und Troostwijk:
- Gas Handling Units
- H2-Speichersysteme (u. a. Metallhydride)
- H2-Prototypenbauteile -systeme und -subsysteme
- Brennstoffzellensysteme und -subsysteme
- Mechanische H2-Verdichter
- Elektrochemische H2-Verdichter
- Elektrolysesysteme bis 30 kW
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Brennstoffzellen-Systemprüfstand „Schönbein“
Der Brennstoffzellen-Systemprüfstand des HyCentA ist einer der modernsten für Forschungszwecke frei zugänglichen Prüfeinrichtungen für Brennstoffzellensysteme weltweit. Er nutzt die neueste AVL PUMA OPEN Fuel Cell Prüfsoftware und gewährleistet somit höchste Flexibilität bei frei parametrierbaren Prüfläufen und hinsichtlich der Qualität der zur Verfügung stehenden Messdatenerfassung für eine Vielzahl von Prüfanforderungen.
Der hochdynamische Betrieb und die fortschrittlichen Systemtests hinsichtlich Degradationseffekten ermöglichen die Prüfung von einfachen Prototypen bis hin zu voll entwickelten Systemen bis 160 kW Systemleistung. Vollständige Tests, von Charakterisierungstests bis hin zu beschleunigten Stresstests oder Automotive-Tests unter realen Bedingungen, sind möglich. Die Umgebungsbedingungen und die Temperaturen der Medienversorgung können dynamisch im Bereich von -40 °C bis 85 °C eingestellt werden. Außerdem kann die Luftfeuchtigkeit der Kathode im Bereich von 5 % bis 95 % rF variiert werden. Der Prüfstand ermöglicht Forschung und Entwicklung zu Themen vom Energiemanagement bis zum Thermomanagement, vom Gesamtfahrzeug bis zur Steuerung und Kalibrierung von Teilsystemen, von der Fahrzeugintegration bis zur Untersuchung von Dynamik, Kaltstart und Lebensdauer. Dank des erfahrenen Personals ist eine große Vielfalt an Tests möglich, und es können maßgeschneiderte Testlösungen garantiert werden.
Test- und Forschungsportfolio am Schönbein:
- Optimization / calibration of FC systems / automated calibration and DoE
- Performance characterization / acceptance testing
- Reliability and durability testing
- Energy and thermal management / loss Analysis of FC Systems
- Freeze-start and cold-start procedures
- Accelerated stress tests, degradation validation as well as state of health analysis
- Analysis and optimization of dynamic operation
- Potential analysis of operation strategies
- Gas analytics and exhaust water analysis
- HiL / model assisted testing
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Analytisches und elektrochemisches Labor „Boltzmann“
Das „Boltzmann“ Gasanalyselabor ist eines der modernsten H2 Gasanalyselabors in Österreich. Kernelemente sind das Fourier Transformations Infrarot Spektrometer (FTIR) und das Ionenmolekül Reaktions Massenspektrometer (IMR-EI-MS). Unsere Infrastruktur ermöglicht hochpräzise Analysen im ppb-Bereich nach internationalen Normen (ISO 146871, ISO 210872 und ISO 19880-8:20193 Annex E) für die routinemäßige Analyse der Wasserstoffqualität. Es kann eine breite Palette von Verunreinigungen nachgewiesen werden, um eine zuverlässige Qualitätssicherung entlang der gesamten Wasserstoff-Wertschöpfungskette von Industrie und H2-Mobilität zu gewährleisten.
Zusätzlich können im Labor Analysen hinsichtlich der Verträglichkeit von Materialien und Komponenten bei Wasserstoffumgebung sowie deren Anwendbarkeit in Brennstoffzellen sowie Elektrolyse Technologien untersucht werden.
Des Weiteren stehen im Labor elektrochemische Versuchsplattformen für die Durchführung von Versuchen an Zellen und Stacks von Elektrolyseanwendungen sowie für den Test von elektrochemischen Kompressionsprozessen zur Verfügung.
Test- und Forschungsportfolio im Boltzmann Labor:
- Analyse der Wasserstoffqualität im ppb-Bereich z.B. für PEM Brennstoffzellenanwendungen
- Breites Spektrum von Komponenten kann nachgewiesen werden (über ISO 14687:20191 hinaus)1
- Bewertung der Wasserstoffqualität für Industrie und Endverbraucher
- Über die Anforderungen der ISO 14687 hinaus weisen wir weitere Halogenverbindungen, Schwefelverbindungen, volatile Kohlenwasserstoffe und andere Verbindungen nach
- Analysen mit einer großen Anzahl von Trägergasen sind möglich: N2, H2, Ar, He, O2
- Equipment zur Materialcharakterisierung von Bauteilen
- Forschungsplattformen für Elektrolysezellen- und Stacktests sowie für die Prüfung von elektrochemischen Verdichtungsprozessen
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Elektrochemisches Analyse Labor „Faraday“
Das elektrochemische Labor „Faraday“ bietet eine Forschungsumgebung für die Analyse und Charakterisierung von Wasserstoffproduktions- und -prozesstechnologien. Für den Zusammenbau und die chemische Vorbereitung von Prüflingen ist ein Laborbereich im Labor integriert. Der Teststand kontrolliert die thermodynamischen Eigenschaften des Prüflings, einschließlich der Durchflussmenge, der Temperaturen und der Drücke der Versorgungsgase und -flüssigkeiten. Der Prüfstand umfasst eine elektrische Quelle und Senke, die eine detaillierte Charakterisierung durch elektrochemische Impedanzspektroskopie ermöglichen.
Ein Kontrollraum ermöglicht die Online-Datenerfassung, -Überwachung und -Analyse sowohl bei Kurzzeit- als auch bei Langzeitexperimenten.
Test- und Forschungsportfolio im Faraday Labor:
- Elektrolyse-Einzelzellen (AEL, AEM-EL, PEM-EL)
- Elektrolyse-Kurzstapel (AEL, AEM-EL, PEM-EL)
- Wasserstoff Prozess Systeme
- Elektrochemische Wasserstoffverdichtungsanlagen
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Versuchsträger
SH2orty - PEM Brennstoffzellen Kurzstapelteststand
Der Greenlight Innovation G400 Kurzstapelprüfstand dient zur Untersuchung von PEM-Kurzstapel-Brennstoffzellen mit bis zu 20 Zellen und einer maximalen Leistung von 6 kW. Mit den sehr präzisen Steuerungs- und Messmöglichkeiten sind hoch akkurate Charakterisierungen der Leistung, Effizienz und Alterung von Brennstoffzellenstapel unter Laborbedingungen möglich. Zusätzlich ist auch die Einbringung von Schadgasen zur Beschleunigung und Analyse des Alterungsprozesses möglich. Durch die modulare Bauweise und die Automatisierungssoftware AVL PUMA bietet der G400 große Flexibilität und eine einfache Integration in verschiedene Testumgebungen.
Test- und Forschungsportfolio am SH2orty:
- Leistungstests
- Wirkungsgradmessungen
- Degradationsstudien
- Impedanzspektroskopie
- Schadgasuntersuchungen
- Dead End Betrieb
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Testzelle für Wasserstoffpermeation
In der Permeationstestzelle können unterschiedlichste Polymer- und Kunststoffmaterialien auf ihre Wasserstoffdurchlässigkeit untersucht werden. Die Materialcharakterisierung ist hinsichtlich Effizienz, Lebensdauer und Sicherheit von Bauteilen ein entscheidender Faktor.
Plattenproben unterschiedlicher Dicke werden im Versuchsaufbau eingespannt und bei gleichbleibendem Druck, bis zu 1000 bar, mit Wasserstoff beaufschlagt. Zusätzlich ist eine Temperierung der Testzelle im Bereich von 0 °C bis + 75 °C möglich, um den Temperatureinfluss der Durchlässigkeit zu untersuchen. Der Messvorgang läuft vollkommen automatisiert ab und weißt eine hohe Reproduzierbarkeit auf. Mithilfe eines Trägergases und präziser Messtechnik wird die Menge des permeierten Wasserstoffs bestimmt. Im Zuge einer Prüfung kann der Permeations-, Löslichkeits- und Diffusionskoeffizient des Materials berechnet werden. Die Permeationsraten der Proben können im Bereich von 10-9 bis 10-14molH2/cm/s/bar bestimmt werden.
Test- und Forschungsportfolio der Testzelle:
- Bestimmung von Permeations-, Löslichkeits- und Diffusionskoeffizient von Plattenproben
- Aufzeichnung von time-lag Kurven
- Messwerte bei Drücken bis 1000 bar und Temperaturen im Bereich von 0 °C bis + 75 °C
- Bestimmung der Permeationsrate im Bereich von 10-9 bis 10-14mol H2/cm/s/bar
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Autoklav zur H2-Materialkompatibilitätsbestimmmung von Proben
Mittels zweier Autoklave bis 200 bar und bis 700 bar Wasserstoffatmosphäre sind Bestimmungen zur Wasserstoffkompatibilität von Werkstoffproben und Bauteilen am Testzentrum möglich.
Die Tests werden sind dabei für unterschiedliche Wasserstoffdrücke und bei unterschiedlichen Innentemperaturen des Autoklaven durchgeführt, um die Bedingungen beim Einsatz der Materialien realitätsnah simulieren zu können. Das Material wird im Anschluss an die mehrwöchige Einlagerung mittels unterschiedlicher Zugversuche am Institute of Materials Science, Joining and Forming IMAT untersucht. Dabei werden die mechanischen Eigenschaften nach der Wasserstofffexposition bestimmt und das Material hinsichtlich Rissbildung sowie möglicher anderer Anzeichen von Schäden überprüft, um die Verträglichkeit oder Unverträglichkeit mit Wasserstoff zu bewerten.
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Ejector Teststand
Der Ejektorprüfstand bietet eine breite Palette von Testmöglichkeiten und eine Plattform für die vollständige Charakterisierung von Ejektoren z.B. in Brennstoffzellen. Einer der Hauptvorteile für den Kunden besteht darin, dass eine Vielzahl von Randbedingungen für den Ejektor eingestellt und vollautomatisch variiert werden können, wodurch die Funktion des Ejektors im Anodenpfad des Brennstoffzellensystems sichergestellt wird. Der Ejektorprüfstand ist voll automatisiert und gewährleistet somit schnelle Untersuchungen und Optimierungen von Ejektoren.
Test- und Forschungsportfolio des Ejektors Teststands
- Test und Performancebestimmung von Ejektoren
- H2 und N2 Konzentrationsänderungen des rezirkulierten Gases
- Druckmessfrequenz bis zu 1000 Hz für gepulsten Betrieb
- Temperaturschwankungen bei H2-Versorgung und Rezirkulationsgas
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PEM-Single Cell Teststand
Der PEM-Einzelzellenprüfstand bietet eine Forschungsumgebung für die Analyse und Charakterisierung von Wasserstoffproduktions- und Prozesstechnologien. Für den Zusammenbau und die chemische Vorbereitung der zu testenden Einheiten (UUT) ist ein Laborbereich in die Infrastruktur integriert. Eine Prüfbank kontrolliert die thermodynamischen Eigenschaften des Prüflings, einschließlich der Durchflussmenge, der Temperaturen und der Drücke der Versorgungsgase und -flüssigkeiten. Der Prüfstand umfasst eine elektrische Quelle und Senke, die eine detaillierte Charakterisierung durch elektrochemische Impedanzspektroskopie ermöglichen.
Test – und Forschungsportfolio am Teststand:
- Electrolysis single cells (PEM-EL)
- Electrolysis short (1-2 cells) stacks (PEM-EL)
- Hydrogen processing units
- Electrochemical hydrogen compression units
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PEM Stackteststand
Der Elektrolysestackteststand ermöglicht eine umfangreiche Charakterisierung von Elektrolysestacks hinsichtlich ihrer Performance und Alterungsmechanismen. Eine umfassende Untersuchung unterschiedlicher Betriebszustände und -parameter hinsichtlich der Einflüsse auf Performance, Sicherheit und Lebensdauer bildet einen wichtigen Grundstein für die Stack- und Systementwicklung.
Mit dem Stackteststand kann nicht nur das elektrochemische Verhalten über Polarisationskurven und Impedanzspektren untersucht werden, sondern zusätzlich die Wasserstoffdiffusion zur Anodenseite und der Wasserdrag Richtung Kathode ermittelt werden. Mit einem Leistungsbereich von 1-15 kW bei einer Stromstärke von maximal 450 A und einem Wasserstoffdruck bis zu 160 bar deckt der Teststand ein breites Gebiet von Shortstacks bis hin zu kleinen Fullstacks ab. Mit der flexiblen Durchfluss- und Temperaturregelung auf der Anodenseite lassen sich zwischen 0,1-10 l/min und 20-80 °C verschiedenste Betriebsbedingungen abbilden. Auch der unterste Teillastbereich lässt sich dank der Möglichkeit explosionsfähiger Atmosphären auf der Anodenseite abbilden.
Test- und Forschungsportfolio am Teststand:
- Elektrolyse-Stacks 1-15 kW maximale Leistung
- Asymmetrischer Druckbetrieb der Stacks
- Kathodendruck bis zu 160 bar
- Möglichkeit für explosionsfähige Atmosphären auf der Anode (inkl. Konzentrationsmessung)
- Cell Voltage Monitoring für bis zu 16 Zellen
- Gasqualitätsuntersuchungen
- EIS Messung des gesamten Stacks bis 60 V
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Brennstoffzellen Kathodensubsystemprüfstand
Der Kathodenprüfstand bietet eine Plattform für Tests von Einzelkomponenten des Kathodensubsystems wie auch deren Betriebsverhalten im Zusammenspiel untereinander für Brennstoffzellensystem mit einer Leistungsabgabe von bis zu 150 kW. Der Testfokus liegt dabei auf elektrischen Verdichtern und Verdichter-Turbinen-Einheiten, Membran-Befeuchtern, Ladeluftkühler, Tropfenabscheider und Klappenventilen. Der Produktwassereintrag und Druckabfall im Brennstoffzellen-Stapel werden durch einen eigens entwickelten „Stack Simulator“ simuliert, der Tests unter annähernd realen Bedingungen erlaubt, ohne einen Brennstoffzellen-Stapel betreiben zu müssen. Das zugehörige Mess- und Regelsystem ermöglicht die flexible Einbindung von im Haus verfügbarer und vom Kunden zur Verfügung gestellter Sensoren und Aktoren um hochgenaue Testergebnisse und Vergleichsmessungen zu ermöglichen.
Probenahmesystem zur Analyse von Gasqualität an Tankstellen und in Produktionsprozessen
Mitthilfe eines eigens entwickelten Probenahmesystems können Proben an Betankungsanlagen und in Wasserstoffproduktionsanlagen gezogen werden, um im Anschluss im Boltzmann Analyselabor eine zuverlässige Qualitätssicherung entlang der gesamten Wasserstoff-Wertschöpfungskette von Industrie und H2-Mobilität sicherzustellen. Es besteht hier das entsprechende Probenahme Know-how um gezielt für die entsprechenden Gaskomponenten die geforderten Nachweisgrenzen im ppb und ppm Bereich sicher nachzuweisen zu können.
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Eichnormal für Wasserstoffzapfsäulen
Mit dem am HyCentA entwickelten Wasserstoffmengenmessgerät werden Wasserstoffzapfsäulen bis 700 bar geeicht, um den gesetzlichen Rahmenbedingungen für den öffentlichen Warenaustausch zu genügen.
Das pVT-Messprinzip, das zur Bestimmung der durch die Zapfsäule abgegebenen Wasserstoffmenge zugrunde liegt, beruht auf der Realgasgleichung und bedingt somit eine Messung der Gastemperatur und des Gasdrucks. Die Messunsicherheit der Wasserstoffmasse des Eichnormals liegt bei höchstens 0,4 % der Gesamtbetankungsmasse bzw. bei minimaler Abgabemenge (≈1 kg) der Zapfsäule liegt die Messunsicherheit bei 0,8 %. Um diese geringe Messunsicherheit zu erreichen, verfügt das Eichnormal über einen hochgenauen Drucksensor und jeder der beiden Drucktanks verfügt über einen Temperaturmessbaum mit Pt-100 Temperatursensoren. Auf Basis der Bestimmung sämtlicher Einflussfaktoren des Messaufbaus sowie der Umweltbedingungen wurde ein entsprechendes Bewertungsmodell entwickelt mit der die geforderte Massenbestimmung und die Fehlerbetrachtung umgesetzt wird.
An öffentlichen Wasserstoffzapfsäulen werden mehrere Betankungen des Eichnormals durchgeführt, um eine vollständige Eichung zu erzielen. Dabei wird den Empfehlungen der OIML R139 gefolgt und mit Hilfe der Messergebnisse erfolgt die Erstellung eines Eichzertifikats.
Test- und Forschungsportfolio am Teststand:
- Eichung von Wasserstoffzapfsäulen bis 700 bar
- Wasserstoffspeicherkapazität von ≈ 4,6 kg
- Hochgenaue Wasserstoffmassenbestimmung
- Mobile Messeinrichtung
- Aufzeichnung von Betankungs- und Entleerverhalten
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EHC Elektrochemischer Kompressionsteststand „HERON“
Der Einzelzellenprüfstand „HERON“ (Hydrogen compression by Electrochemical Reactions withOut Noise) wurde für die Durchführung von Forschungs- und Entwicklungstests für elektrochemische Wasserstoffverdichtungs- (EHC) und -reinigungszellen (EHP) konzipiert. Für den Aufbau und die chemische Vorkonditionierung der zu prüfenden Zellen wurde ein Teststand im Laborbereich der Testcenters integriert. Der Teststand kontrolliert die thermodynamischen Eigenschaften des Prüflings, einschließlich der Durchflussmenge, der Temperaturen und der Drücke der Versorgungsgase. Der Teststand umfasst eine elektrische Quelle und Senke, die eine detaillierte Charakterisierung mittels elektrochemischer Impedanzspektroskopie ermöglichen. Die Versorgungsmedien werden vor dem Eintritt in den Prüfling über ein Bubbler-System befeuchtet. Die Ausgangsqualität der Gase kann im Boltzmann-Labor über eine direkte Verbindung von HERON zu den FTIR- und IMR-EI-MS-Geräten gemessen werden. Diese Umgebung ermöglicht die direkte Bewertung der Reinigungsleistung nach
Test- und Forschungsportfolio am Teststand HERON
- Elektrochemische Wasserstoffverdichtung Einzelzellen + Short-Stacks
- Elektrochemische Wasserstoffreinigung Einzelzellen + Kurzstapel
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