Prüfstände & Versuchsträger

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.

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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.

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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.

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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.

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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.

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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

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