Stacks und Systeme

Über

Um die Klimaziele der Bundesregierung erreichen zu können, gilt es, alternative Energiespeicher und -Wandler zu entwickeln und in allen energieintensiven Bereichen (wie Industrie, Verkehr, Haushalte) zu etablieren. Erneuerbare Energien und Wasserstoff als Speichermedium spielen bei der erforderlichen CO2-Reduktion eine entscheidende Rolle. Die Forschungsgruppe „Stacks und Systeme“ arbeitet an der Schnittstelle zwischen dem Verständnis der elektrochemischen, elektrischen, mechanischen und strömungsmechanischen Prozesse bei der elektrolytischen Wasserstoffherstellung und der Übergabe der Technologien an die bzw. der Weiterentwicklung mit der Industrie zwecks Kommerzialisierung. Dabei stehen Aspekte wie Effizienz und Langlebigkeit im Fokus, um so die Wirtschaftlichkeit der Systeme zu steigern.

Forschungsthemen

  • Auslegung und Design von Komponenten für Elektrolysestacks und -Systeme. Hier werden neben einer weiten Bandbreite von Experimenten unterstützende Tools zur Simulation des strömungstechnischen (CFD) und mechanischen (FEM) Verhaltens aber auch unterschiedliche analytische Verfahren (z. B. Druckverteilungsmessungen) eingesetzt.
  • Identifikation von Scale-up-Effekten bei der Übertragung von kleinen Laborzellen hin zu Stacks im technisch relevanten Maßstab (bis in die MW-Klasse). Optimierungsfaktoren zur Leistungssteigerung liegen zum Beispiel in den Fertigungstoleranzen, den Spannkonzepten, dem Assemblierungsvorgang oder in konstruktiven Details zum Erreichen einer homogenen Verteilung von Anpressdruck, Strömung, elektrischem Strom und Wärme.
  • Verständnis der Wechselwirkungen der Schichtstrukturen bei der Stackassemblierung und beim Stackbetrieb.
  • Einfluss von Verunreinigungen im Speisewasser des Elektrolyseurs auf die Leistungsfähigkeit und das Degradationsverhalten.
  • Entwicklung von Sicherheitskonzepten (HAZOP, FMEA) und Betriebsprotokollen für einen 24/7-Betrieb der Teststände und Systeme bei voller Automatisierung. Die Protokolle umfassen die Betriebsphasen Systemstart, Stack-Einfahren, Lastprofile, Überwachung von Limits, Not-aus-Szenarien, Stack-Abfahren.

Kontakt

Dr. Holger Janßen

IEK-14

Gebäude 03.2 / Raum Y110

+49 2461/61-5082

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Veröffentlichungen

H. Janssen, M. Hehemann, E. Hoppe, W. Zwaygardt, M. J. Müller
Stack Test Facility for PEM Water Electrolysis up to 400 Kilowatt and Lessons Learned at Stack Scale-up
ECS Meeting Abstract MA2024-01 1868 (2024)
DOI: 10.1149/MA2024-01341868mtgabs

E. Hoppe, H. Janssen, M. J. Müller
Statistical Investigation of the Reproducibility of Stack Components in a PEM Water Electrolyzer
ECS Meeting Abstract MA2024-01 1869 (2024)
DOI: 10.1149/MA2024-01341869mtgabs

H. Janßen et al.
A facile and economical approach to fabricate a single-piece bipolar plate for PEM electrolyzers
International Journal of Hydrogen Energy 49 (Part C), 816-828 (2024)
DOI: 10.1016/j.ijhydene.2023.09.175

B. Emonts et al.
A Holistic Consideration of Megawatt Electrolysis as a Key Component of Sector Coupling.
Energies 15(10), 3656 (2022)
DOI: 10.3390/en15103656

U. Reimer et al.
Design and Modeling of Metallic Bipolar Plates for a Fuel Cell Range Extender
Energies 14(17), 5484 (2021)
DOI: 10.3390/en14175484

M. Sietmann, H. Janssen, M. Müller, W. Lehnert
An analysis of the imperfections and defects inside composite bipolar plates using X-Ray computer tomography and resistivity simulations
International Journal of Hydrogen Energy 46 (50), 25677-25688 (2021)
DOI: 10.1016/j.ijhydene.2021.05.078

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Letzte Änderung: 13.02.2025