Technische Daten
| Stromdichte: | Bis ± 6 A/cm2 |
|---|---|
| Segmentanzahl | Kundenspezifisch |
| Temperaturbereich | Bis 200 °C |
| Kommunikation: | CAN |
| Sensorfläche: | Anpassbar an Ihre Vorgaben |
Stromdichteprofil einer PEM-Brennstoffzelle
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)
Download Datenblatt Download Messergebnisse Jetzt Anfragen
Lieferzeit: Nach Absprache
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.
Leistungsbeschreibung
DILICO CURR TEMP verfügt über eine segmentierte Sensorschicht mit integrierten Strom- und Temperatursensoren, eine Elektronik zur Auswertung und Übertragung der Messdaten an den Kundenrechner sowie optional über eine Software zur Visualisierung und detaillierten Analyse der erfassten 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 CURR TEMP 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 CURR TEMP näher an der aktiven Fläche der Zelle messen.
DILICO CURR TEMP bietet damit einen wertvollen Einblick in das Innere von Brennstoffzellen, Redox Flow Batterien und Elektrolyseuren. 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
- DILICO CURR TEMP Sensorschicht
- DILICO Data Acquisition System (DAS)
- Netzteil zur externen Stromversorgung
- Gebrauchsanweisung
- Software zur Visualisierung
Anwender
- Hersteller von Brennstoffzellen und Elektrolyseuren
- Hersteller von Stackkomponenten und Bipolarplatten
- Prüfsysteme, Anlagen im Feldtest und stationäre Energieversorgung
- Forschungseinrichtungen
Was versteht man unter der Stromdichte?
Galvanische Zellen bzw. elektrochemische Energiewandler, wie Batterien und Brennstoffzellen, generieren im Inneren an den Elektroden Ladungsträger. Diese Ladungsträger bewegen sich und ein elektrischer Strom fließt zum Leiter (Kabel), der zur Versorgung von elektrischen Verbrauchern dient.
Mit zunehmender Betriebsdauer nimmt jedoch diese Stromstärke immer weiter ab, weil es an den Elektroden und den Elektrolyten zur Alterung kommt. Statt elektrische Energie bereitzustellen, steigen die thermischen Verluste an und erhöhen die Erwärmung der Zelle.
Die Stromdichte ist definiert als Stromstärke je Fläche (Querschnittsfläche für die Stromstärke). Die Einheit wird als Ampere je Quadratzentimeter angegeben (A/cm²). Der Hintergrund ist die Vergleichbarkeit von leistungsstarken Brennstoffzellen oder Elektrolyseuren mit mehreren 100 Ampere pro System und kleineren Zellen mit wenigen Ampere.
Was bedeutet die Stromdichte für den Betrieb von elektrochemischen Energiewandlern?
Die Stromdichte ist ein Maß für die Leistungsfähigkeit von galvanischen Zellen, insbesondere von den Elektroden an Brennstoffzellen, Elektrolyseuren und Redox-Flow-Batterien. Je höher der Wert, umso mehr elektrische Leistung kann die Zelle bereitstellen. Für die Weiterentwicklung von galvanischen Zellen sind die Werte der Stromdichte und Zellspannung, die beiden wesentlichen elektrischen Parameter zur Zustandsbewertung galvanischer Zellen, während des Betriebes.
In der Elektrotechnik bilden die beiden Werte auch die Grundlage elektrotechnischer Modellbeschreibungen von galvanischen Zellen. Für die Forschung und Entwicklung bietet die ortsaufgelöste Stromdichtemessung mit seinen vielen Stromsensoren verteilt über die Elektrodenfläche nicht nur einen Stromdichtewert, sondern in der Fläche (x,y-Ausrichtung) betrachtet, viele Stromdichtewerte, sodass jeder Bereich der Zellfläche zu analysieren ist.
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.
