Elektrochemische Messtechnik

• Elektrochemische Charakterisierung von Zellenstapeln (engl.: stacks) sowohl im Brennstoffzellen- als auch im Elektrolysebetrieb

• Leistungs- und Langzeitstabilitätsmessungen unter verschiedenen Betriebsbedingungen

• Analyse der Degradationsvorgänge von Zellen und Stackverbund, inklusive thermomechanischer Phänomene und Fügungsversagen

• Weiterentwicklung des Stackdesigns und Validierung von computergestützten Modellen

Als Kernkomponente des gesamten Feststoffoxid-Systems (SOC) sind die Leistungsfähigkeit und Stabilität der SOC-Stacks von größter Bedeutung. Mit herkömmlichen DC-Techniken ist es möglich, die Leistungsvariation des Gesamtstapels oder jeder einzelnen Wiederholeinheit aufzuzeichnen. Allerdings ist damit die Bestimmung der Reaktions- und Alterungsmechanismen während des Betriebs (online) nahezu unmöglich. Mittels wechselstrombasierter Techniken wird durch frequenz- und phasensensitive Messverfahren eine in-situ Trennung der unterschiedlichen Beiträge zum Gesamtwiderstand jeder Wiederholeinheit und des Stapels möglich. Ein Schwerpunkt der Forschung ist die elektrochemische Charakterisierung und Analyse von SOC-Stacks, unter anderem mittels elektrochemischer Impedanzspektroskopie (EIS). Die DRT-Entfaltung (Distribution of Relaxation Times) unterstützt wesentlich die Interpretation von Nyquist- und Bode-Darstellungen und bei der Entwicklung von Ersatzschaltbildern zur EIS-Analyse.

Neben der elektrochemischen Leistung der Stapel wird die thermomechanische Stabilität untersucht, um das Stackdesign weiter zu verbessern und die Betriebsparameter / -strategien von SOC-Stacks und Systemen zu optimieren. Stack-Diagnosen, einschließlich der Erkennung von mechanischen Fehlern während des Betriebs durch Kombination von physikalischen Mess- und elektrochemischen Analysetechniken, ist hier die Hauptaufgabe. Alle Erkenntnisse dienen der weiteren Verbesserung des Stackdesigns und der Validierung bei der Entwicklung von Rechenmodellen.

Basierend auf der langjährigen Erfahrung bei Langzeit- und Zykliertests von Stacks sowie dem umfassenden Know-how über Alterungsprozesse von Stacks soll eine Methodik der beschleunigten Stresstests (AST) entwickelt werden.

Dr. Dominik Schäfer

Teamleiter Elektrochemische Messtechnik

• Institute of Energy Technologies (IET)
• Grundlagen der Elektrochemie (IET-1)

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