Stromdichte bestimmen mit DiLiCo current density

Charakterisierung von Materialien, Betriebsstrategien und Alterungseffekten

Einsatzzweck

Stromdichte- und Temperaturverteilung innerhalb der Zelle über der aktiven Zellfläche messen.

  • Analyse von Bipolarplatten (Flow Field Design), Membran-Elektroden-Einheiten (MEA) und Verpressungkonzepten
  • Bewertung von Betriebsstrategien und Alterungseffekten
  • Lebensdauertest an Brennstoffzellen, Elektrolyseuren und Redox Flow Batterien
  • Kombinierbar mit elektronischer Impendanzspektroskopie (1D-Modell zu 2D-Modell)

Technische Daten

Stromdichte: Bis ± 6 A
Segmentanzahl Kundenspezifisch
Temperaturbereich Bis 175 °C
Kommunikation: RS232 oder CAN
Sensorfläche: Anpassbar an Ihre Vorgaben
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Anfrage senden Lieferzeit: ca. 12 Wochen

Leistungsbeschreibung

DiLiCo current density besteht aus einer segmentierten Sensorschicht bestehend aus Strom- und Temperatursensoren, einer Elektronik zum Auswerten und Übertragen der Messdaten an den Kundenrechner und optional aus einer Software zur Visualisierung und umfangreichen Auswertung der gemessenen Werte für die Stromdichte (Stromstärke bezogen auf die Fläche) und Temperatur. Die segmentierte Sensorschicht wird zwischen zwei Zellen, ohne direkten Kontakt zu den Gasen und Flüssigkeiten, integriert. Jedes Segment misst die Stromstärke und die Temperatur für einen Teil der aktiven Fläche der Membranen-Elektroden-Einheit. Die Fläche aller Segmente entspricht der Fläche der aktiven Reaktionsfläche der Membran. Als Ergebnis offenbart DiLiCo current density ein zweidimensionales Bild von der Verteilung der Stromdichte und Temperatur über der Fläche der Membran-Elektroden-Einheit.
Die Aktivität der Membran, das Design von Bipolarplatten, Dichtungen und weiteren Komponenten lassen sich somit sowohl im Betrieb aber auch außerhalb des Betriebes bewerten. Im Betrieb lassen sich Zustände wie Gasunterversorgung, thermische Hot Spots und Flutung identifizieren, die Zusammenhänge zwischen Befeuchtungssystemen und der Performance der Zellen direkt messen und visualisieren, und die Auswirkungen der eindimensionalen Einprägung von Wechselstromanteilen durch die elektrochemische Impedanzspektroskopie auf die zweidimensionale Messung durch DiLiCo current density näher an der aktiven Fläche der Zelle messen.

DiLiCo current density bietet damit einen wertvollen Einblick in das Innere von Brennstoffzelle, Redox Flow Batterie und Elektrolyseur. Nutzen Sie die Informationen zur Optimierung der Betriebsführung und Charakterisierung Ihres Systems. Je nach Membranfläche lassen sich Sensorschicht, Segmentanzahl und Verteilung der Segmente individuell nach Ihren Anforderungen anpassen, um eine optimale Beobachtung der Stromdichte und Temperaturverteilung zu erhalten.

Lieferumfang

  • Sensorschicht
  • Auswerteelektronik
  • Netzteil zur externen Stromversorgung
  • Gebrauchsanweisung
  • (optional) Software zur Visualisierung

Anwender

  • Hersteller von Brennstoffzellen und Elektrolyseuren
  • Hersteller von Stackkomponenten und Bipolarplatten
  • Prüfsysteme, Anlagen im Feldtest und stationäre Energieversorgung
  • Forschungseinrichtungen

Warum es sinnvoll ist Stromdichten in Brennstoffzellen zu messen?

  • Identifikation partieller Unterversorgung über der Membranfläche, die nicht an der Zellspannung zu erkennen ist.
  • Erkennen von lokalen Alterungsdurchbrüchen in bestimmten Membranbereichen.
  • Zum Vergleich verschiedener Material- und Designkonfigurationen.
  • Bewertung der Kontaktwiderstände von Bipolarplatte, Gasdiffusionsschicht, Dichtung und Membran-Elektroden-Einheit für unterschiedliche Anpressdrücke des Stacks.
  • Aussagen zur Qualität der Gasverteilung von Flow Fields.
  • Optimierung von Betriebsparametern durch Bewertung und Anpassung von Zellkomponenten.
  • Identifikation von Flutungs- und Trocknungszuständen.
  • Datennutzung zur Modellbildung und -erweiterung.

Welche zusätzlichen Erkenntnisse kann die Messung der Stromdichte liefern?

Beispiel: Sukzessive Flutung der Brennstoffzelle innerhalb von 60 Sekunden bei konstanter Stromstärke nach Drehzahlsenkung der H2- Rezirkulationspumpe


Die Stromdichte der Membranbereiche am Medieneingang steigen um den Wert, den die Stromdichte Richtung Medienausgang entlang des Strömungskanals während der Flutung absinkt. Die Membran im Eingangsbereich leistet nun bis zu 600 mA/cm² (vorher 470 mA/cm²) gegenüber zirka 380 mA/cm² am Ausgang (vorher 520 mA/cm²). Ein Zusammenhang zwischen der Drehzahl der Rezirkulationspumpe und den veränderten Feuchtigkeitsverhältnissen in den Ausgangsbereichen der Flow Fields konnte abgeleitet werden.