Brennstoffzellen Vom Material zum Produkt

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1 FRAUNHOFER-INSTITUT FÜR Chemische Technologie ICT Brennstoffzellen Vom Material zum Produkt

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3 Partner für die Forschung, Dienstleister für die Industrie. Sie haben Interesse an Brennstoffzellen und suchen einen kompetenten Partner für Beratung, Entwicklung und Forschung? Die Brennstoffzellengruppe am Fraunhofer ICT bietet Unterstützung in allen Bereichen der Polymerbrennstoffzellenentwicklung an. Profitieren Sie von der am Institut vorhandenen Expertise und unserem international verzweigten Netzwerk. Von Materialien bis zu fertigen Systemen wir begleiten Sie mit ihrer Idee vom Konzept bis hin zur Markteinführung. Sie wollen Brennstoffzellkomponenten entwickeln oder optimieren? Wir stehen Ihnen mit unserer Expertise in der Material- und Komponentenentwicklung als kompetenter Partner zur Verfügung. Speziell die Katalysator- und MEA-Entwicklung als Grundbestandteil der Brennstoffzelle stehen im Vordergrund. Aber auch die Qualifizierung von Bipolarplatten oder Dichtungen gehört zu unseren Kompetenzen. Sie sind am Bau von Brennstoffzellen interessiert? Durch unsere umfassende Erfahrung bei der Entwicklung und Herstellung der Komponenten über die anschließende Charakterisierung bis zum Aufbau und der Integration fertiger Systeme stellen wir einen idealen Begleiter für Sie und ihr Projekt dar. Sie wollen eine Brennstoffzelle in Ihr Produkt integrieren? Wir können auf unseren Testständen Betriebspunkte und -strategien evaluieren und anschließend ein optimales System individuell auslegen. Je nach Anforderung besteht zudem die Möglichkeiten Kompetenzen anderer Produktbereiche des Fraunhofer ICT wie Polymer Engineering bei der Materialentwicklung und Energetische Systeme bei der Sicherheitsbetrachtung in Projekte mit einzubeziehen. Alkalischer Direktalkohol-Brennstoffzellenstapel für tragbare Anwendungen. Die am Fraunhofer ICT entwickelten Endplatten erlauben ca. 30 % Gewichtsreduktion im Vergleich zu Alugussplatten.

4 1 2 3 Brennstoffzellen Die Brennstoffzelle ist die Stromquelle der Zukunft. Sie stellt dabei die Alternative zu Verbrennungsmotor, Generator und Primärbatterien dar. In einer Brennstoffzelle werden ein Brennstoff und Sauerstoff in zwei räumlich getrennten elektrochemischen Reaktionen umgesetzt. Dabei entstehen Elektrizität und Wärme ohne Flammentwicklung und ohne bewegliche Teile in der Zelle. Die resultierenden Vorteile sind: Emissionsarmut Hohe Effizienz Geräuscharmut 1 Elektrochemische Zelle zur Katalysatorcharakterisierung. 2 Rasterelektronmikroskopische Aufnahme eines Katalysators in einer Elektrodenschicht. 3 HT-DEMS Zelle zur Charakterisierung von Katalysatoren für die HT-PEMFC unter realen Bedingungen. Schemata der Funktion von Brennstoffzellen (links) und eines einfachen Systems (rechts). e - e - H 2 Anode H 2 H 2 H + O - O 2 H + O - H 2O O2 O 2 Kathode

5 4 5 Unsere Leistungen Entwicklung und Charakterisierung von Katalysatoren und MEAs Planung, Aufbau und Durchführung auch unkonventioneller Messungen Aufbau und Evaluierung von Stacks Konzeptionierung und Aufbau von Brennstoffzellensystemen Integration von Systemen Ausstattung 4 Automatisierter Sprühstand für die Herstellung von Membran-Elektrodeneinheiten (MEA). 5 Elektrischer Golfcaddy mit am Fraunhofer ICT entwickeltem Brennstoff- zellen-rangeextender- Modul Das Fraunhofer ICT verfügt über die Ausstattung für folgende Forschungs- und Dienstleistungen: vollausgestattete elektrochemische Laboratorien zur Herstellung und Evaluierung von Brennstoffzellen Materialuntersuchungen mittels EDX und Mikroskopie Testaufbauten mit Messgeräten zur Abgasanalyse und Durchführung von Degradationstests (DEMS, MS, GC, CV) Teststände für die Evaluierung von Einzelzellen über Stacks bis zu Brennstoffzellensystemen Märkte Die Vorteile der Brennstoffzelle wie hohe Energiedichte, geringe Emissionen und hohe Effizienz machen diese für viele Einsatzgebiete interessant: portable Energieversorgung Auxilary Power Units für Fahrzeuge aller Art Notstromversorgung Stromversorgung militärischer Einsatzkräfte und Fahrzeuge Das Fraunhofer ICT unterstützt Entwicklung für alle Anwendungsbereiche. Aufgrund der engen Kooperation mit der Bundeswehr können wir Sie auch unterstützen, wenn Sie mit Ihrem System den Militärmarkt bedienen wollen.

6 Beispielprojekte FUEL CELLS OPERATING ON CONVENTIONAL FUELS AS AUXILIARY POWER U NITS Eubecell FCCF-APU Zusammen mit französischen und deutschen Partnern aus Forschung und Industrie soll eine Direkt-Ethanol-Brennstoffzelle entwickelt werden. Zusammen mit mehreren internationalen Partnern aus Forschung und Industrie soll ein Brennstoffzellensystem zur Bordstromversorgung von Elektrofahrzeugen entwickelt werden. Ziel Nutzbarmachung von Ethanol als Brennstoff für die Brennstoffzelle ohne vorgeschaltete Reformierung. Technologie Direkte Verstromung von Bio-Ethanol in der Brennstoffzelle. Damit können im kw-bereich hohe Wirkungsgrade erzielt werden, wodurch sich die Zelle als Range-Extender oder als stationäre Back-up-Lösung eignet. Ziel Kompensierung eines erhöhten Energieverbrauchs im Automobil, welcher aus der Benutzung mehrerer zusätzlicher Verbraucher wie Klimaanlage usw. resultiert. Technologie HT-PEMFC gekoppelt mit einem Reformer der die on-board Umsetzung gängiger Treibstoffe in wasserstoffreiche Gasgemische ermöglicht. Leistung Wir beschäftigen uns innerhalb dieses Projektes mit der Ethanoloxidation in Brennstoffzellen sowie der Entwicklung charakteristischer Katalysatormaterialien. Leistung Entwicklung und Integration eines Reformer-Brennstoffzellen-Systems. Meilensteine Start: April 2012 Ende: April 2015

7 STHENIS REM2030 Zusammen mit Bundeswehr und dem FFI soll ein unbemanntes Unterwasserfahrzeug mit einer Brennstoffzelle ausgerüstet werden. In Zusammenarbeit mit mehreren Fraunhofer- Instituten, Universitäten und der Industrie wird ein ganzheitliches, innovatives Mobilitätskonzept erarbeitet. Dabei sollen verschiedene Technologien in ein Demonstrationsfahrzeug integriert werden. Ziel Auslegung der Peripherie eines Brennstoffzellensystems zur Verwendung einer 2.5 kw PEMFC bei Versorgung mit reinem Sauerstoff und Betrieb bei erhöhtem Umgebungsdruck. Technologie Entwicklung von Kreislaufverfahren zur Simulation einer mit dem kommerziellen Stack verträglichen Umgebung. Leistungen Charakterisierung des Stacks und Einstellung eines Betriebspunktes. Planung und Aufbau der Peripherie, anschließend Einbau in ein AUV und Kopplung des Brennstoffzell- und Batteriesystems. Ziel Am Fraunhofer ICT wird von der Brennstoffzellengruppe ein HT-PEMFC-System als Range-Extender entwickelt und integriert. Technologie Brennstoffzellensystem gekoppelt mit einem Methanol- Dampf-Reformer zur On-Board-Wasserstoffgewinnung. Leistungen Auslegung aller Systemkomponenten und Integration in das Demonstrationsfahrzeug. Aufbau der Steuer- und Regeltechnik und Einbindung eines elektronischen Managementsystems sowie Anschluss an das CAN- Kommunikationssystem des Fahrzeugs. Meilensteine 2013 Start des Projektes 2014 Charakterisierung und Aufbau der Peripherie 2015 Integration in AUV und Seetests

8 Brennstoffzellen Vom Material zum Produkt Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie ICT Joseph-von-Fraunhofer-Straße Pfinztal (Berghausen) Institutsleiter: Prof. Dr.-Ing. Peter Elsner Telefon Ansprechpartner Dr. Jens Tübke Telefon Fax jens.tuebke@ict.fraunhofer.de Dr. Carsten Cremers Telefon Fax carsten.cremers@ict.fraunhofer.de V03.0_de