Brennstoffzellen-Stack-Tests

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Was ist der Zweck von Brennstoffzellen-Stack-Tests?

Die Prüfung von Brennstoffzellen kann verschiedene Ziele haben.

  • Charakterisierung der Brennstoffzellenkomponenten und -materialien (Katalysator, Membran, GDL,…) zur Ermittlung der effektiven Katalysatoroberfläche (ECSA), Partikelgröße/Rauhigkeitsfaktor,…).
  • Bestimmung von Subskalenparametern für Modelleingaben (Transferkoeffizient/alpha-n, empirische Geschwindigkeitskonstante/ko, Reaktionsordnung/g,…).
  • Leistungsprüfung (Polarisationskurve von Nulllast (OCV/Offenheitsspannung) bis Volllast (maximale Stromdichte).
  • Robustheitstests – Betrieb des Stacks unter kühlen (Aufwärmen), kalten (unter Null) oder heißen Bedingungen oder mit Verunreinigungen oder anderen Bedingungen außerhalb der Spezifikation (trocken, überflutet usw.).
  • Fahrzyklustests – um festzustellen, wie sich ein Stack unter einem bestimmten Fahrzyklus verhält (Lastprofil, Degradation, anwendungsspezifisch).

Welche Art von Tests werden normalerweise in welcher Entwicklungsphase durchgeführt?

  • Auf Konzeptebene werden meist Tests im unteren Maßstab zur Charakterisierung von Materialien durchgeführt.
  • Testen Sie auf Prototypenebene mit kurzen Stapeln (10- oder 20-Zellen-Stapel) für Leistungs- und Robustheitstests.
  • In ausgereifteren Musterphasen werden die Stacks in voller Größe für den Fahrzyklusbetrieb, die Designverifizierung/-validierung und kundenspezifische Tests (für eine bestimmte Anwendung) getestet.
Brennstoffzellen-Stack-Testing-AVL-Kanada
Brennstoffzellen-Stapeltestlabor bei AVL Fuel Cell Canada

Welche Kriterien werden im Allgemeinen bei einem Brennstoffzellen-Stack-Tests geprüft?

Allgemeine Ausgangsdaten für Brennstoffzellen-Stapeltests sind:

  • Durchschnittliche Zellenspannung (ACV) über einen vollen Lastbereich (Pol-Kurven)
  • Empfindlichkeitsergebnisse (Variation von Druck, Temperatur, relativer Luftfeuchtigkeit, Stoich,…).
  • Verschlechterung (Mikrovolt/Zelle/Stunde).
  • Parameter (ECSA, alpha-n, ko, g …)

Was sind beschleunigte Stresstests (ASTs)?

  • Zweck: Beschleunigte Beanspruchung des Stapels, um die Gesamtprüfzeit zu verkürzen.
  • Prüfverfahren: Unterschiedlich (z. B. OCV-Test, SU/SD-Zyklus, Lauf unter heißen/trockenen Bedingungen,…)
  • Erforderliche Ausrüstung: Brennstoffzellen-Teststation

Was sind Lebenszyklustests (LCTs)?

  • Zweck: Nachahmung eines realen Fahrzyklus, um realistische Stressfaktoren auf den Stack für die Lebensdauerabschätzung anzuwenden.
  • Prüfverfahren: Erforderlich sind reale Daten aus der Anwendung, die auf den Stack anzuwenden sind (Lastzyklus, Leistungskurven, Umgebungsbedingungen usw.).
  • Erforderliche Ausrüstung: Brennstoffzellen-Teststation mit programmierbarer Lastzyklusfähigkeit.

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Was ist ein Design Validation Plan & Report (DVP&R)?

  • Zweck: Validierung (und Verifizierung) des Stack-Designs.
  • Testverfahren: Eine vollständige Reihe von Tests zum Nachweis, dass der Stack alle Anforderungen erfüllt.
  • Erforderliche Ausrüstung: Teststationen (ASTs/LCTs), Gefrierkammer, Schütteltisch, usw.

Was sind Freeze Start-Up (FSU) Tests (-30 °C)?

  • Zweck: Prüfung der Fähigkeit des Stacks, bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt zu starten und zu arbeiten.
  • Prüfverfahren: Verwendung eines speziellen FSU-Protokolls (einschließlich System- und Stapelspülung) für FSU-Stapel.
  • Erforderliche Ausrüstung: Brennstoffzellen-Teststation und Gefrierkammer.

Was sind Gefrier-Tau-Tests?

  • Zweck: Überprüfung der Auswirkungen von gefrierendem und auftauendem Wasser im Schornstein (nicht betriebsbereit).
  • Prüfverfahren: Zyklusstapel zwischen Gefrierbedingungen und Umgebungsbedingungen.
  • Erforderliche Ausrüstung: Gefrierkammer.

Was ist eine subskalige Charakterisierung?

  • Zweck: Material- und Parametercharakterisierung von Proben im kleinen Maßstab (10 – 50 cm2 aktive Fläche).
  • Testverfahren: Zyklische Voltammetrie/CV, SEM, TEM, EDS/EDX, FIB, 0,9 V iR-freie Zellspannung,…
  • Erforderliche Ausrüstung: Subskaliger Prüfstand, SEM, TEM, EDX/EDX, FIB.

Was ist ein Einzelzellentest?

  • Zweck: Leistung und Charakterisierung von Einzelzellen
  • Prüfverfahren: Prüfung einer Einheitszelle (in voller Größe) zur Bestimmung des Wirkungsgrads des Brennstoffzellenstapels.
  • Erforderliche Ausrüstung: Einzelzellen- oder Kurzstapelprüfstand.

Was sind Short-Stack-Tests?

  • Zweck: Durchführung von Stapeln mit 10- oder 20-Zellen (Pols, ASTs, LCTs, Empfindlichkeitstests, …)
  • Prüfverfahren: Führen Sie dieselben Tests wie für einen Stapel in voller Größe durch, aber mit einem kurzen Stapel (insbesondere wenn eine Degradation oder eine Beschädigung/zerstörende Prüfung erforderlich ist, ist die Verwendung kurzer Stapel allein aus Kostengründen besser).
  • Erforderliche Ausrüstung: Kurzstapel-Teststation.

Was ist Full Size Stack Testing?

  • Zweck: Betrieb eines Stacks voller Größe (50-500+ Zellen) zur Charakterisierung, Verifizierung und Validierung. Es können Kopfteil-Effekte, Neigung/Neigung und andere Faktoren geprüft werden, die bei kurzen Stack-Tests nicht möglich sind.
  • Prüfverfahren: Betreiben Sie das Modul in voller Größe auf einer Prüfstation unter den angegebenen Bedingungen.
  • Erforderliche Ausrüstung: Stack-Teststation in voller Größe (50-150+ kW).

Was ist eine Dichtheitsprüfung?

  • Zweck: Feststellen, ob der Schornstein Brennstoff/Fx (Wasserstoff), Oxidationsmittel/Ox (Luft) oder Kühlmittel/Cx (entionisiertes Wasser oder Wasser-Ethylen-Glykol) enthält undicht ist.
  • Prüfverfahren: Jeder Stromkreis ist einzeln zu prüfen (Summe extern, Fx extern, Ox extern, Cx extern, Fx->Ox intern, Fx->Cx intern, Ox->Cx intern).
  • Erforderliche Ausrüstung: Dichtheitsprüfstation.

Was versteht man unter Anzapf- und Abschlusstests?

  • Zweck: Feststellen, ob eine Zelle (oder Zellen) undicht ist, einen Kurzschluss aufweist oder anderweitig beschädigt ist.
  • Prüfverfahren: Überwachen Sie mit Hilfe des Zellspannungsüberwachungssystems (CVM) das Abblasen der Zelle vom Betrieb auf Null Volt.
  • Erforderliche Ausrüstung: Prüfstation mit CVM-Protokollierungsfunktion.

Was ist eine Degradationsprüfung?

  • Zweck: Durchführung spezifischer Tests (AST, LCT,…) und Ermittlung der Leistungsverschlechterung des Stacks. Es kann sich um lange Tests handeln, um die Degradation vollständig zu charakterisieren.
  • Prüfverfahren: Führen Sie die angegebenen Bedingungen aus und überwachen Sie die Stack-Spannung sowie die Zellspannungen im Zeitverlauf.
  • Erforderliche Ausrüstung: Stack-Test-Station mit CVM-Protokollierungsfunktion.

Was ist eine Ex-Situ-Prüfung?

  • Zweck: Bei Ex-situ-Tests werden kleinere Proben außerhalb des Brennstoffzellenstapels untersucht.
  • Prüfverfahren: Jede beliebige Labormethode (optisch, SEM, TEM, EDS/EDX, FIB, usw.).
  • Erforderliche Ausrüstung: Laborausrüstung zur Durchführung der angegebenen Prüfung.

Was ist Stack & Cell Benchmarking?

  • Zweck: Benchmarking ist der Vergleich eines Stacks mit einem anderen (oder eines Herstellers mit einem anderen).
  • Testmethode: Lassen Sie beide (oder mehrere) Stapel unter denselben Bedingungen laufen, um sie zu vergleichen.
  • Erforderliche Ausrüstung: Brennstoffzellen-Stapelteststationen.
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Welchen Einfluss hat die Betriebsumgebung auf die Art der durchgeführten Tests und die Anforderungen an einen Brennstoffzellenstapel?

Verschiedene Anwendungen der Brennstoffzellen-Stack-Technologie haben unterschiedliche Betriebsumgebungen. Ein Stapel in einem Eisbrecher muss unter Umständen mit Minusgraden und starken Stößen und Vibrationen fertig werden. Ein Stapel in einem Wüstenbuggy kann mit hohen Temperaturen und Staubeintritt zu kämpfen haben. Die für jede Anwendung verwendeten Brennstoffzellenkomponenten und -materialien müssen unter den jeweiligen Umgebungsbedingungen getestet werden.

Machen Sie einen Rundgang durch die Testanlage von AVL Canada

Welches sind die empfohlenen Standards der Brennstoffzellenindustrie für die Prüfung von Brennstoffzellenstapeln nach dem Stand der Technik?

Für jede Anwendung der Brennstoffzellentechnologie gibt es eine Reihe von Industrienormen, die eingehalten werden müssen. In einigen Branchen gibt es bereits fortschrittliche Normen für Brennstoffzellen (Automobilindustrie), während in anderen Branchen Brennstoffzellen neu sind und es nur wenige Normen gibt (Schiffsindustrie). Jede Region hat ihre eigenen Normen, die eine Zertifizierung erfordern (z. B. Europa, Nordamerika, Japan, China, …).

Inhaltbeigetragen von AVL Fuel Cell Canada

AVL Fuel Cell Canada entwickelt hochmoderne PEM-Brennstoffzellen (Protonenaustauschmembran) für alle Anwendungen, einschließlich Automobil-, Schwerlast- und Schiffsanwendungen. Wir nutzen das Wissen der besten Brennstoffzellenexperten für unsere Kunden. Wir arbeiten mit führenden OEMs (Original Equipment Manufacturers) zusammen, um PEM-Brennstoffzellenstapel zu entwickeln oder zu verbessern. Wir bieten modernste Prüfdienstleistungen für PEM-Brennstoffzellen an, einschließlich Leistungs-, Degradations- und Charakterisierungstests nach internationalen Prüfstandards.

Letzte Aktualisierung: 15.01.2023

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