Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT
Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT
Messtechniken für die Erzeugung von Wasserstoff
© Fraunhofer UMSICHT/Mike Henning

Messtechniken für die Wasserstoffwirtschaft

© Fraunhofer UMSICHT/Mike Henning

Messtechniken für die Wasserstoffwirtschaft

Erhalt und Steigerung von Effizienz und langfristiger Performance von Wasserstoff-Materialien und Prozessen

Wir bieten eine einzigartige Labor- und Technikumsinfrastruktur für die Umsetzung der Wasserstoffwirtschaft. Sie kann für die gezielte Charakterisierung, Entwicklung und Überprüfung der Leistungsfähigkeit von Materialien, Komponenten und Infrastruktur für die Erzeugung, die Speicherung, die Nutzung und den Transport von Wasserstoff genutzt werden. Unser Fokus: graphitbasierte Komposit-Bipolarplatten, Elektrolyse und Katalysatormaterialien.

Durch unser Know-how in der Anwendung und Verschaltung von Messverfahren und unsere Infrastruktur entlang der Wasserstoffprozesse treiben wir Material- und Prozessentwicklungen im Wasserstoffsektor voran. Unser übergeordnetes Ziel: die Optimierung der Effizienz und Qualität von Wasserstoff durch eine gezielte Verbindung unserer Messtechniken. Konkret können wir thermische, pyhsyiko-chemische und mechanische Eigenschaften überprüfen, hochpräzise bildgebende Verfahren mit modernster Analytik verbinden und so die Material- und Komponentenentwicklung für Wasserstoffspeichermaterialien, Komposit-Bipolarplatten, Elektrolyseure und Katalysatormaterialien steuern. Wir sind in der Lage, unsere darauf ausgerichtete Infrastruktur sowohl im Verbund als auch für einzelne Aufgabenstellungen zielführend für Fragestellungen der Industrie einzusetzen.

 

Unser Portfolio umfasst:

Messtechniken für die Qualitätssicherung von Komposit-Bipolarplatten

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  • Die thermischen Eigenschaften von Komposit-Bipolarplatten sind entscheidend für die Effizienz von Brennstoffzellen. Mit der LFA 467 lässt sich sicherstellen, dass Ihre Materialien optimal performen.

    Ihre Vorteile auf einen Blick:

    • Messung nach der Laser-Flash-Methode: Erhalten Sie exakte Daten zu den Temperaturleitfähigkeiten im Bereich von 0,01 bis 2000 mm²/s und Wärmeleitfähigkeiten von 0,1 bis 4000 W/(m·K).
    • Breiter Temperaturbereich: Wir führen Messungen im Temperaturbereich von 25 °C bis 500 °C durch, um die thermischen Eigenschaften unter realistischen Betriebsbedingungen zu testen.
    • Vielfältige Probengeometrien: Analysieren Sie dünne Folien (<0,2 mm) bis hin zu Platten (<1 mm) sowohl durch als auch entlang der Plattenebene für umfassende Einsichten.

    Durch die präzise Prüfung der thermischen Eigenschaften Ihrer Komposit-Bipolarplatten legen Sie die Basis für eine gezielte Optimierung der Materialien. Das unterstützt die Effizienz Ihrer Brennstoffzellen.

  • Die Oberflächenstruktur von Komposit-Bipolarplatten spielt eine entscheidende Rolle für die Leistung in Brennstoffzellen. Unser Digitalmikroskop ermöglicht detaillierte Oberflächenuntersuchungen mit bis zu 200-facher Vergrößerung, um Ihre Materialien optimal zu analysieren.

    Ihre Vorteile auf einen Blick:

    • Detaillierte 2D-Messungen: Wir bieten präzise Abstands- und Flächenmessungen für eine umfassende Analyse der Oberflächenbeschaffenheit Ihrer Bipolarplatten.
    • Erstellung von 3D-Modellen: Visualisieren Sie die Oberflächenstruktur Ihrer Materialien, um potenzielle Optimierungen gezielt zu identifizieren.
    • Optimierung der Materialeigenschaften: Durch tiefere Einblicke in die Oberflächenstruktur können Sie die Leistung Ihrer Komposit-Bipolarplatten nachhaltig verbessern.

    Mit unseren präzisen Oberflächenuntersuchungen sichern Sie die Qualität und Effizienz Ihrer Komposit-Bipolarplatten und tragen zur Leistungssteigerung Ihrer Brennstoffzellen bei.

  • Komposit-Bipolarplatten sind das Herzstück moderner Brennstoffzellen und spielen eine entscheidende Rolle in der Wasserstoff-Technologie. Um höchste Leistung und Langlebigkeit zu garantieren, bieten wir spezialisierte Zug- und Druckprüfungen an, die die Belastbarkeit dieser Schlüsselkomponenten unter realistischen Bedingungen testen.

    Ihre Vorteile auf einen Blick:

    • Präzise Prüfung: Wir prüfen Kunststoffe und graphitbasierte Komposit-Bipolarplatten (BPP) speziell für den Einsatz in Brennstoffzellen.
    • Maximale Prüfkräfte: 2 kN oder 30 kN für unterschiedlichste Anforderungen
    • Prüfverfahren nach den Normen DIN EN ISO 527-1 (Zugprüfung) und DIN EN ISO 604 (Druckprüfung)
    • Klimakammer mit breitem Temperaturspektrum von -50 °C bis +350 °C für realitätsnahe Bedingungen
    • Messung von Zug- und Druckkraft sowie Verfahrweg für genaue Belastungsanalysen
    • Berechnung entscheidender Kennwerte wie Zugfestigkeit, E-Modul, Bruchspannung, Druckfestigkeit, Druckfließspannung und nominelle Stauchung
    • Optische Laser-Messung für maximale Präzision
    • Flexible Prüfszenarien durch verschiedene Klemmbacken und Probensicherungsoptionen

    Der Drucktest bietet zudem die Möglichkeit die mechanische Stabilität der umgeformten BPP unter Temperatureinfluss zu prüfen. Mit unseren hochpräzisen Testmethoden sichern Sie die Qualität und Zuverlässigkeit Ihrer Komposit-Bipolarplatten und steigern die Effizienz Ihrer Brennstoffzellen.

  • In der Wasserstofftechnologie ist die Langzeitstabilität von Materialien entscheidend. Unsere spezialisierte Kriech- und Relaxationsprüfung für Thermoplast-basierte Komposit-Bipolarfolien garantiert, dass Ihre Brennstoffzellen unter verschiedenen Belastungen zuverlässig funktionieren.

    Ihre Vorteile auf einen Blick:

    • Präzise Analyse: Untersuchung des Kriech- und Relaxationsverhaltens unter Zug- und Druckbeanspruchung, maßgeschneidert für die Anforderungen von Brennstoffzellen
    • Maximale Prüfkraft von 10 kN: Ideal für die Analyse der mechanischen Eigenschaften Ihrer Bipolarplatten unter realistischen Bedingungen
    • Temperaturbereich von 30 bis 250 °C: Simulation von Einsatzbedingungen, um die Materialstabilität über verschiedene Temperaturen hinweg zu testen
    • Präzise Erfassung von Verformungen: Detaillierte Analyse des Verhaltens Ihrer Materialien, die direkt in die Leistungsfähigkeit Ihrer Brennstoffzellen einfließt
    • Zuverlässige Ergebnisse für Ihre Anwendungen: Stellen Sie sicher, dass Ihre Komposit-Bipolarplatten auch unter extremen Bedingungen ihre Funktionalität bewahren.

    Mit unserer umfassenden Kriech- und Relaxationsprüfung optimieren Sie die Leistung Ihrer Komposit-Bipolarplatten und sichern sich einen entscheidenden Vorteil in der Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie.

  • In der Wasserstofftechnologie zählt jede Kleinigkeit – vor allem der elektrische Widerstand. Unsere spezialisierte Prüfung für graphitbasierte Komposit-Bipolarplatten stellt sicher, dass Ihre Brennstoffzellen mit minimalen Spannungsverlusten arbeiten – für maximale Effizienz und Leistungsfähigkeit.

    Ihre Vorteile auf einen Blick:

    • Prüfung leitfähiger Plattenmaterialien, ideal für graphitbasierte Bipolarplatten
    • Präzise Messung der Spannungsverluste durch die Plattenebene (Through-Plane Voltage Drop)
    • 4-Elektroden-Aufbau zur Reduzierung von Kontakt- und Leitungsverlusten
    • Höchste Messgenauigkeit bis zu 0,001 Ohm

    Mit unserer hochpräzisen Widerstandsprüfung steigern Sie die Effizienz Ihrer Komposit-Bipolarplatten und sichern sich entscheidende Vorteile in der Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie.

  • Maximale Effizienz für Ihre Wasserstofftechnologie beginnt bei der richtigen Leitfähigkeit Ihrer Komposit-Bipolarplatten. Unsere In-Plane Widerstandsprüfung misst Spannungsverluste entlang der Plattenebene, um sicherzustellen, dass Ihre Brennstoffzellen ihre volle Leistungsfähigkeit entfalten können.

    Ihre Vorteile auf einen Blick:

    • Prüfung von leitfähigen Plattenmaterialien, ideal für graphitbasierte Komposit-Bipolarplatten
    • Exakte Messung der Spannungsverluste entlang der Plattenebene (In-Plane)
    • 4-Elektroden-Aufbau minimiert Kontakt- und Leitungsverluste
    • Höchste Präzision mit einer Messgenauigkeit bis zu 0,01 s/cm

    Optimieren Sie die In-Plane-Leitfähigkeit Ihrer Bipolarplatten und steigern Sie die Effizienz Ihrer Wasserstoff-Brennstoffzellen mit unserer präzisen In-Plane Widerstandsprüfung.

  • Die Dichtheit von Komposit-Bipolarplatten ist entscheidend für die Effizienz von Brennstoffzellen in der Wasserstofftechnologie. Unsere Helium-Dichtheitsprüfung ermöglicht eine effiziente Testung der technischen Dichtheit von graphitbasierten Komposit-Bipolarplatten, um sicherzustellen, dass Ihre Systeme zuverlässig arbeiten.

    Ihre Vorteile auf einen Blick:

    • Effiziente Dichtheitsprüfung: Anwendung eines einseitigen Überdruckverfahrens bis zu 50 mbar, um die Integrität Ihrer Materialien zu gewährleisten
    • Prüfung gemäß DIN EN 1779: Einhaltung höchster Standards für die Dichtheitsprüfung, was die Qualität Ihrer Komposit-Bipolarplatten sichert
    • Variable Anpressdrücke: Anpassbare Anpressdrücke ermöglichen eine flexible Analyse der Dichtheit unter unterschiedlichen Bedingungen.
    • Heliumsensor zur Detektion: Präzise Erkennung von Helium als Prüfgas, um die technische Dichtheit von Platten und Schweißverbindungen zu überprüfen.

    Durch unsere Helium-Dichtheitsprüfung stellen Sie sicher, dass Ihre Komposit-Bipolarplatten den Dichtheitsanforderungen entsprechen.

  • Die Gasdurchlässigkeit von Materialien ist ein kritischer Faktor für die Leistung von Komposit-Bipolarplatten in Brennstoffzellen. Mit dem Gasdurchlässigkeitsprüfgerät GTR-G3 von Pubtester lässt sich sicherstellen, dass Ihre Brennstoffzellen optimal funktionieren.

    Ihre Vorteile auf einen Blick:

    • Umfangreicher Prüfbereich: Messung der Gasdurchlässigkeit von 0,05 bis 50.000 cm³ m⁻² 24h⁻¹ bar⁻¹, ideal für die Analyse von graphitbasierten Komposit-Bipolarplatten
    • Gleichzeitige Prüfungen: Bis zu drei Proben können unabhängig getestet werden, was Effizienz und Zeitersparnis in Ihrem Testprozess bedeutet.
    • Temperaturflexibilität: Prüfungen bei Temperaturen zwischen 5 und 95 °C, angepasst an die spezifischen Bedingungen Ihrer Anwendungen
    • Vielseitige Prüfgase: Tests mit He, H₂ und N₂ sowie einem Prüfdruck von bis zu 4 bar für eine umfassende Analyse der Gasdurchlässigkeit

    Durch unsere präzise Gasdurchlässigkeitsprüfung optimieren Sie die Leistung Ihrer Komposit-Bipolarplatten und sichern sich entscheidende Vorteile in der Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie.

Messtechniken für Wasserstoff-Speichermaterialien und Prozesse

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  • Die Bestimmung der Partikelgröße eines Pulvers ist bei UMSICHT mittels Laserbeugung möglich. Ein Laserstrahl wird durch eine Probe mit dispersen Partikeln geleitet, wodurch ein Beugungsmuster erzeugt wird, das von der Größe der Partikel abhängt. Durch die Auswertung dieses Beugungsmusters kann eine Partikelgrößenverteilung erstellt werden.

    Ihre Vorteile auf einen Blick:

    • Präzise Analyse: Wir ermöglichen die genaue Bestimmung der Partikelgrößenverteilung, was für die Qualität von Materialien entscheidend ist.
    • Optimierung der Katalysatoren: Die Analyse unterstützt die Verbesserung der Reaktionskinetik und Effizienz in der Wasserstoffproduktion.
    • Qualitätssicherung: Wir stellen hochwertiger Materialien für die Wasserstoffspeicherung entlang der Wertschöpfungskette sicher.

    Durch die präzise Partikelgrößenanalyse legen Sie die Grundlage für die Optimierung Ihrer Materialien in der Wasserstofftechnologie.

  • Die bei Fraunhofer UMSICHT vorhandene Magnetschwebewaage ist ein analytisches Gerät, das speziell für präzise Messungen der Sorptionskapazität von Materialien unter verschiedenen Umweltbedingungen verwendet wird. Diese Waage nutzt die Magnet-Schwebetechnik, um eine extrem genaue Gewichtsmessung der Probe während des Sorptionsprozesses zu ermöglichen – und zwar ohne physischen Kontakt, der das Ergebnis verfälschen könnte.

    Ihre Vorteile auf einen Blick:

    • Präzise Messungen: Wir ermöglichen genaue Gewichtsmessungen der Masseänderungen unter kontrollierten Temperatur- und Druckbedingungen.
    • Bestimmung wichtiger Eigenschaften: Wir unterstützen die Analyse von Porosität, Oberflächenchemie und thermodynamischer Stabilität von Materialien.
    • Einsatz in der Wasserstofftechnologie: Wir analysieren die Sorptionskapazität von Wasserstoffspeichermaterialien unter variierenden Druck- und Temperaturbedingungen.

    Durch die Verwendung der Magnetschwebewaage legen Sie die Grundlage für die Bewertung der Effizienz und Leistungsfähigkeit von Materialien, die für die Speicherung und den Transport von Wasserstoff eingesetzt werden.

  • Um die mechanische Belastbarkeit von Materialien aufzuklären, wurde bei Fraunhofer UMSICHT eine Apparatur zur Bestimmung der Rollabriebshärte entwickelt. In dieser Apparatur wird die Widerstandsfähigkeit von Materialien gegen Abrieb unter Rollbelastung ermittelt.

    Ihre Vorteile auf einen Blick:

    • Lebensdauerbestimmung: Wir ermöglichen die präzise Einschätzung der Lebensdauer von Materialien unter realen Einsatzbedingungen.
    • Leistungsbewertung: Wir bewerten die Leistungsfähigkeit von Materialien hinsichtlich ihrer Abriebfestigkeit.
    • Sicherheitsgarantie: Wir stellen sicher, dass Materialien mechanischen Belastungen standhalten, was die Sicherheit der Anwendungen erhöht.

    Durch die Rollabriebshärte-Messung können Sie die Haltbarkeit Ihrer Materialien bestimmen und legen so die Grundlage für die Sicherheit und Effizienz Ihrer Wasserstoffinfrastruktur. So können wir etwa testen, ob der Katalysator für die Ammoniak Umsetzung zu Wasserstoff langfristig im Reaktor stabil bleibt oder überhaupt transportabel ist.

  • Das bei Fraunhofer UMSICHT vorhandene Raman-Mikroskop ist entscheidend für die zerstörungsfreie Analyse der molekularen Zusammensetzung und Struktur von Materialien. Es kombiniert Raman-Spektroskopie mit mikroskopischer Bildgebung, um präzise Untersuchungen der chemischen Zusammensetzung durchzuführen, ohne die Probe zu beschädigen.

    Ihre Vorteile auf einen Blick:

    • Präzise Spektrenerfassung: Mittels Laserstrahl werden material- und strukturspezifische Spektren erfasst, die das Verständnis der Eigenschaften von Materialien für die Wasserstoffwirtschaft wie Graphen oder Kohlenstoffnanoröhren fördern.
    • Hochauflösende Bilder: Die mikroskopische Komponente ermöglicht die genaue Bestimmung der räumlichen Verteilung und Orientierung von Molekülen in komplexen Strukturen.
    • Analysemöglichkeiten: Diese Methode kann zur Analyse der chemischen Zusammensetzung von Wasserstoffspeichermaterialien genutzt werden, um Optimierungsansätze zu identifizieren.

    Durch unsere Raman-Mikroskopie stellen Sie sicher, dass Sie präzise und zuverlässige Ergebnisse für Ihre Materialforschung erhalten.

  • Raman-LIBS (Laser Induced Breakdown Spectroscopy) kombiniert zwei spektroskopische Techniken zur Materialanalyse in einem einzigen Instrument. Mittels Raman-Spektroskopie werden chemische Bindungen und molekulare Dynamik der Probe untersucht, während LIBS spezifische Elemente und deren Konzentrationen bestimmt.

    Ihre Vorteile auf einen Blick:

    • Schnelligkeit: Wir ermöglichen schnelle und effiziente Analysen in Echtzeit.
    • Detaillierte Daten: Wir liefern sowohl qualitative als auch quantitative Informationen.
    • Vielseitigkeit:  Raman-LIBS eignet sich für verschiedene Materialien und Anwendungsbereiche, einschließlich der Überwachung von Verunreinigungen.

    Durch unsere Raman-LIBS-Technologie stellen Sie sicher, dass Sie präzise und umfassende Ergebnisse in der Materialanalyse erhalten und überwachen Ihren Wasserstoffproduktionsprozess, was zur Optimierung der Effizienz und Qualität des erzeugten Wasserstoffs beiträgt.

Analyseverfahren zur Zusammensetzung und mikroskopischen Struktur von innovativen Materialien und Elektroden

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  • Die NMR-Spektroskopie ist eine unverzichtbare Methode in der modernen Analytik, die tiefe Einblicke in die Struktur und Zusammensetzung von Molekülen, insbesondere wasserstoffhaltigen, ermöglicht. Mit unseren hochmodernen NMR-Systemen eröffnet sich Ihnen die volle Bandbreite der qualitativen und quantitativen Analyse organischer und anorganischer Verbindungen.

    Ihre Vorteile auf einen Blick:

    • Umfassende Analyse: Qualitative und quantitative Untersuchungen von organischen und anorganischen Verbindungen aus einer Hand
    • Flexibilität nach Ihren Anforderungen: Vom leistungsstarken 400 MHz-System bis zu kompakten Benchtop-Modellen für Online-Analytik
    • Vielseitigkeit: Messung verschiedener Kerne über 1H hinaus – z.B. ¹³C, ¹⁵N, ¹⁹F und ³¹P
    • Präzise Strukturaufklärung durch maßgeschneiderte experimentelle Methoden für komplexe Verbindungen

    Ansprechperson

  • Die Röntgen-Mikrotomographie ist eine bahnbrechende Technologie zur zerstörungsfreien Analyse von Festkörpern. Mit ihrer Fähigkeit, detaillierte 3D-Einblicke in einer Vielzahl von Materialien zu liefern, eröffnet sie neue Möglichkeiten für Forschung, Entwicklung und Qualitätskontrolle von Komponenten der Wasserstoff-Technologie.

    Ihre Vorteile auf einen Blick:

    • Vielseitige Anwendungsmöglichkeiten: Von der Erforschung neuartiger Materialien über die Qualitätssicherung ganzer Elektrolysezellen bis hin zur Operando-Analyse
    • Effektive Defekterkennung: Identifizierung von strukturellen Mängeln und Einschlüssen
    • Unterstützung additiver Fertigung: Erstellung präziser Modelle für 3D-Druck
    • Zerstörungsfreie Analyse: Untersuchung ohne Beschädigung der Proben
    • Hochpräzise 3D-Modellierung: Detailgetreue Darstellung im µm-Bereich

    Ansprechperson

Teststände für die Qualifizierung Ihrer Elektrolyse-Technologie

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  • Revolutionieren Sie die CO2-Verwertung mit unserem hochmodernen Laborteststand für CO2-Elektrolyse! Profitieren Sie von unserer umfassenden Erfahrung in der Wasserelektrolyse und nutzen Sie die zahlreichen technologischen Überschneidungen für Ihre CO2-Elektrolyse-Forschung. Unser fortschrittlicher Laborteststand ermöglicht Ihnen, diese zukunftsweisende Technologie optimal zu erforschen und zu entwickeln.

    Ihre Vorteile auf einen Blick:

    • Flexible Zellgrößen: Testung von Materialien und Elektroden bis zu 100 cm²
    • Echtzeit-Gasanalyse: Online-Analyse von H2, CO2, CO, CH4 und C2H4 via FTIR und WLD
    • Anpassungsfähige Elektrolytführung: Variable Optionen für Anolyt und Katholyt
    • Vielseitige Gasmischung: Flexible Dosierung von CO2, N2 und Spurenkomponenten
    • Hochdruckbetrieb: Bis zu 3 bar(g) für realitätsnahe Testbedingungen
    • Präzise Befeuchtung: Befeuchtereinheit mit bis zu 120 g/h H2O
    • Leistungsstarke Stromversorgung: Netzteil bis 150 A / 20 V
    • Umfassende Analysemöglichkeiten: Elektrochemische Impedanzspektroskopie (EIS)
    • Hohe Durchflussraten: Bis zu 7 NL/min für skalierbare Experimente

  • Revolutionieren Sie Ihre Wasserstoff-Technologie mit unseren hochmodernen Testsystemen für die PEM-Elektrolyse. Unsere umfassende Palette an Zell- und Stacktestern sowie Laborteststände ermöglicht Ihnen, diese zukunftsweisende Technologie der PEM-Elektrolyse optimal zu entwickeln und zu optimieren, von der Materialtestung bis hin zu Langzeit-Untersuchungen.

    Ihre Vorteile auf einen Blick:

    • Leistungsstarke Testung: Von Laborzellen bis zu Stacks mit 10 kW Leistung
      • Flexible Leistungsbereiche: 2 kW, 10 kW und Laborteststände für vielseitige Anwendungen
      • Präzise Kontrolle: Separate Anoden- und Kathodenkreisläufe mit Reinstwasser
      • Hochdruckbetrieb: Bis zu 30 bar(g) für realitätsnahe Testbedingungen
      • Umfassende Analysemöglichkeiten: Elektrochemische Impedanzspektroskopie zur mechanistischen Untersuchung
    • Zellspannungs-Überwachung für bis zu 10 Zellen
    • Produktgas-Durchflussmessung und Gasanalyse
      • Materialforschung: Testung von MEAs, porösen Transportschichten und Bipolarplatten
      • Temperaturflexibilität: Betrieb bei 30-80 °C für verschiedene Anwendungsszenarien
      • Skalierbarkeit: Vom Labormaßstab bis zur industrienahen Anwendung

    Ansprechperson

     

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