Leistungszentrum-Wasserstoff Hessen
Leistungszentrum-Wasserstoff Hessen

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Elektrochemische und multiphysikalische Zelltestung (PEM-Systeme)

Die Elektrifizierung von Nutzfahrzeugen mittels Wasserstoff-Brennstoffzellentechnologie ist ein zentraler Hebel zur Reduktion von CO₂-Emissionen. Der Einsatz von Niedertemperatur-PEM-Brennstoffzellen in Stack-Bauweise bringt jedoch komplexe mechanische, thermische und elektrische Beanspruchungen mit sich. Diese überlagerten Belastungen wirken sich direkt auf die Betriebssicherheit und Lebensdauer aus – bislang fehlen belastbare Auslegungsgrundlagen, um diese Herausforderungen zuverlässig zu beherrschen. Für eine technisch und wirtschaftlich tragfähige Serienanwendung sind daher Analyse- und Bewertungsmethoden erforderlich, die eine zeit-, kosten- und sicherheitseffiziente Auslegung von Brennstoffzellensystemen im Nutzfahrzeugbereich ermöglichen. Genau hier setzen wir an.

Ihre Herausforderung​

  • Überlagerte mechanische, thermische und elektrische Lasten im realen Betrieb
  • Fehlende Methoden zur Bewertung von Systemzuverlässigkeit und Lebensdauer
  • Hohe Anforderungen an Material- und Komponentenqualität

Unsere Lösungen​ – Ganzheitlich von der Zelle bis zum System

Wir betrachten die Brennstoffzelle nicht isoliert, sondern als Teil eines komplexen Gesamtsystems. Unser Ansatz kombiniert elektrochemische Analysen, mechanische Belastungstests und multiphysikalische Simulationen. So entsteht ein tiefes Verständnis für die Wechselwirkungen zwischen Materialien, Komponenten und Betriebsbedingungen. Auf dieser Basis entwickeln wir Methoden, die eine sichere und effiziente Auslegung ermöglichen – von der Einzelzelle bis zum Full-Stack.

Material, Komponente, Einzelzelle

Auf der untersten Ebene geht es um die präzise Charakterisierung und Optimierung der Materialien und Komponenten, die das Herzstück der Brennstoffzelle bilden. Wir analysieren elektrochemische Eigenschaften, bewerten neue Materialien und untersuchen deren Verhalten unter realitätsnahen Belastungen.
Unsere Schwerpunkte:

  • Entwicklung von Testabläufen für multiphysikalische Lastkollektive
  • Elektrochemische Analysen wie Impedanzspektroskopie, Voltammetrie und Polarisationskurven
  • Charakterisierung und Optimierung von Katalysatoren, Membranen und Bipolarplatten
  • Integration zerstörender und zerstörungsfreier Analytik (z. B. REM, RAMAN, CT)

Short-Stack, Full-Stack, Gesamtsystem

Auf Systemebene untersuchen wir die Auswirkungen überlagerter Belastungen auf die Lebensdauer und Zuverlässigkeit ganzer Brennstoffzellenstapel. Hier spielen betriebsbedingte Wechselwirkungen und Schädigungsmechanismen eine zentrale Rolle. Wir simulieren reale Betriebsbedingungen, führen Langzeittests durch und entwickeln Methoden zur Systemzuverlässigkeitsbewertung.
Unsere Schwerpunkte:

  • Nachstellen von Schädigungsereignissen wie Hitze, Feuchte, Druck und Vibration
  • Vibrationssimulation und mechanische Beanspruchung unter realen Bedingungen
  • Langzeiterprobungen und Accelerated Stress Tests (AST)
  • Bewertung von Designs und Fertigungsparametern für maximale Homogenität und Zuverlässigkeit

Warum das wichtig ist

Die Kombination aus multiphysikalischer Testung, Materialcharakterisierung und Lebensdaueranalyse ermöglicht ein vertieftes Verständnis der kritischen Einflussfaktoren. So können wir Schwachstellen frühzeitig erkennen, Designs optimieren und die Zuverlässigkeit der Systeme nachhaltig erhöhen. Darüber hinaus profitieren Sie von einer beschleunigten Entwicklung und einer signifikanten Reduzierung von Ausfallrisiken im praktischen Einsatz.

Die wichtigsten Vorteile auf einen Blick:

  • Ganzheitliche Analyse von der Einzelzelle bis zum Gesamtsystem
  • Frühzeitige Identifikation kritischer Fehlermoden
  • Sicherstellung der Langzeitstabilität und Leistungsfähigkeit
  • Effiziente Auslegung für den Nutzfahrzeugbetrieb