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Mit sauberem Wasserstoff die Kraft der Chemie nutzen
Ein Brennstoffzellentyp, der im Zentrum moderner sauberer Energielösungen steht, ist die Wasserstoff-Brennstoffzelle. Sie wandelt chemische Energie aus Brennstoffen durch elektrochemische Reaktionen in elektrische Energie um. Im Gegensatz zur konventionellen, verbrennungsbasierten Stromerzeugung erzeugen Brennstoffzellen Strom mit höherer Effizienz und deutlich geringeren Emissionen, was sie für nachhaltige Energiesysteme unverzichtbar macht.
Ähnlich wie bei herkömmlichen Energiequellen erfordern Brennstoffzellensysteme jedoch umfangreiche Tests, um sicherzustellen, dass sie die für den vorgesehenen Einsatzzweck die erforderliche Zellleistung, Haltbarkeit und Langlebigkeit erbringen. Indem Sie ein strenges Testprogramm erstellen, können Sie sicherstellen, dass Ihre Designs den regulatorischen Standards entsprechen und gleichzeitig die Produktqualität optimieren.
Techniken zur Entwicklung von Brennstoffzellen
Vollständige Brennstoffzellenstapel testen
Der Markt für Brennstoffzellen verzeichnet derzeit ein enormes Wachstum von bis zu 30 %, das durch Faktoren wie staatliche Initiativen, wirtschaftliche Anreize und neue Anwendungen gefördert wird. In Bereichen wie Gabelstapler, Lieferfahrzeuge, Langstrecken-LKW und Notstromaggregate bieten Wasserstoff-Brennstoffzellen attraktive Vorteile bei den Betriebskosten, der Effizienz und der Reduzierung von CO2-Emissionen. Die Bedeutung der Sicherstellung von Flexibilität bei gleichzeitiger Senkung der Betriebskosten hat in der gesamten Branche exponentiell zugenommen. Ein üblicher Indikator für die Leistung von Zellen sind die Polarisations- und Leistungsdichtekurven des Brennstoffzellenstapels. Diese Kurven werden üblicherweise unter den optimalen Betriebsbedingungen (Temperatur, Feuchtigkeit, Elektrokatalyse und Ionenaustauschmembran) eines Brennstoffzellenstapels bewertet.
Durch die Programmierung von elektronischen Gleichstromlasten wie der Serie EA ELR 10000 in verschiedenen Strom- oder Widerstandsprofilen können diese Messungen leicht durchgeführt werden. Diese elektronischen Lasten sind ideal für Brennstoffzellenprüfungen mit einer Eingangsleistung von bis zu 30 kW, die in einem System auf bis zu 3,84 MW erweitert werden kann. Ein eingebauter Arbiträrgenerator ermöglicht dynamische Prüfungen, während die Regenerationsfähigkeit bis zu 96 % der Energie aus den Brennstoffzellen auffängt, die sonst als Wärme verloren ginge.
Dauerhaltbarkeit für alternde Brennstoffzellen
Es ist stets erforderlich, eine Dauerhaltbarkeitsprüfung an Brennstoffzellen durchzuführen, um die Produktsicherheit und -stabilität zu gewährleisten; die Brennstoffzelle ist häufig die aktive Energiequelle in Anwendungen. Der Dauerbelastungstest für eine Brennstoffzelle kann ein langwieriger Prozess sein, der bei einem typischen 100-kW-Brennstoffzellenstapelsystem zu sehr hohen Betriebskosten führen kann. Der Automobilstandard erfordert 5.000 Stunden (~7 Monate), während stationäre Speicheranwendungen mehr als 10.000 Stunden erfordern. Selbst bei der Nutzung von Stufen- und Dreieckspotentialzyklen zur Verkürzung der langen Dauerhaltbarkeitsprüfung kann es während der Prüfung zu erheblichen Energieverlusten kommen.
Regenerative elektronische Lasten mit eingebauten Funktionsgeneratoren wie die EA ELR 10000er Serie sind ideal für diese Situationen. Die regenerative Technologie erfasst bis zu 96 % der übertragenen Energie während der Zyklisierung, die sonst als Wärme verloren gehen würde. Ein integrierter Funktionsgenerator ermöglicht beschleunigte Testprofile (wie Stufen- oder Dreieckswellenformen) und erlaubt die Messung der akkumulierten Energie durch eine Entladungstestfunktion.
I: Die Zelle zeigt einen nichtlinearen Spannungsabfall bei steigendem Strom. II: Der ohmsche Widerstand dominiert mit einer linearen V/I-Beziehung. III: Die Spannung sinkt exponentiell, da die chemische Reaktion keine neue Energie mehr liefern kann.
Weitere Informationen:
Simulation von Brennstoffzellen
Bei der Arbeit mit der Brennstoffzellentechnologie spielt die Zuverlässigkeit dieser elektrochemischen Systeme unweigerlich eine Rolle. Die Fähigkeit, Brennstoffzellenstapel zu simulieren, während man mit dem restlichen Energiesystem arbeitet, kann die Entwicklungszeit verkürzen und die Zuverlässigkeit des Gesamtsystems verbessern.
Die Labor-Netzgeräte der Serie EA PSI 10000 verfügen über die Fähigkeit, eine UI-Tabelle (oder Spannungs-Strom-Tabelle) zu erstellen, die die Ausgangsspannung ändert, wenn sich der gemessene Strom ändert. Dies ermöglicht die Simulation des Ausgangs einer Brennstoffzelle durch Modellierung der Polarisationskurve.
Bidirektionale Netzteile von EA bieten die Möglichkeit, sowohl die Brennstoffzellenleistung zu simulieren als auch die Leistung aus dem Brennstoffzellenausgang regenerativ aufzunehmen. Dies ermöglicht es einem einzelnen Messgerät oder einem Geräteschrank, für Systeme von 30 kW bis 3,84 MW eine doppelte Funktion zu erfüllen.
Einzelzellmessungen verstehen
Jeder, der an der Entwicklung, Herstellung, Anwendung oder Reparatur von Brennstoffzellen oder brennstoffzellenbetriebenen Geräten beteiligt ist, benötigt Zelldaten, die nur durch direkte elektrische Messungen zugänglich sind. Bei korrekter Interpretation liefern diese Daten nicht nur ein Verständnis dafür, wie und warum Brennstoffzellen funktionieren, sondern geben auch Aufschluss über den Zustand betriebsfähiger Zellen, helfen bei der Vorhersage ihrer Lebensdauer, zeigen Ausfallmechanismen auf und bieten Einblicke in ihre Eignung für spezifische Anwendungen.
Messgeräte wie Keithley 6221 AC+DC Current Source, 2182A Nanovoltmeter und 2450 Source Measure Unit sind unverzichtbare Werkzeuge für die präzise elektrische Charakterisierung einzelner Brennstoffzellen, die notwendig ist, um die elektrochemischen Prozesse zu verstehen.
