Wasserstoffenergiesysteme
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English
The research group is working for over 20 years on the development and study of small to medium-sized PEM fuel cells and PEM and AEM electrolyzer systems, successfully realizing numerous prototypes. Various test benches are available for in-situ investigations, each specifically designed and built for the needs of individual projects, leveraging extensive experience in developing customized research environments. Currently, five test benches and a 25 kW electrolyser container are available in the hydrogen laboratory of the Westphalian University, supporting system and material development for fuel cells, electrolyzers, and electrochemical compressors.
Additionally, the research group focuses on the development of electrodes for fuel cells and electrolyzers, aiming to reduce manufacturing costs through intelligent electrode architecture using various coating methods. The approach of gas diffusion electrodes is pursued with both graphitic and metallic substrates, aiming towards a reduced noble metal usage while increasing long-term stability.
Various coating technologies are available, including ultrasonic spray coating under a controlled atmosphere, slot-die coating, and different electroplating setups for depositing metallic materials in sizes ranging from 1 cm² to over 200 cm². The group has the possibility of performing a comprehensive ex-situ electrochemical characterization. For MEA production, two hot presses are available, allowing fabrication from laboratory scale to near-industrial sizes (500 cm²). Additionally, the university has various equipment that are used for materials characterization like X-ray-based techniques (XRF, XRD) or scanning light or electron microscopy.
Deutsch
Die Forschungsgruppe arbeitet seit über 20 Jahren an der Entwicklung und Untersuchung von kleinen bis mittelgroßen PEM-Brennstoffzellen sowie PEM- und AEM-Elektrolyseursystemen und hat bereits zahlreiche Prototypen erfolgreich realisiert. Für in-situ Untersuchungen stehen verschiedene Prüfstände zur Verfügung, die jeweils speziell für die Anforderungen einzelner Projekte entwickelt und aufgebaut wurden, wobei auf umfangreiche Erfahrung in der Entwicklung maßgeschneiderter Forschungsumgebungen zurückgegriffen wird.
Derzeit stehen im Wasserstofflabor der Westfälischen Hochschule fünf Prüfstände sowie ein 25-kW-Elektrolyseur-Container zur Verfügung, um die System- und Materialentwicklung von Brennstoffzellen, Elektrolyseuren und elektrochemischen Verdichtern zu unterstützen.
Darüber hinaus konzentriert sich die Forschungsgruppe auf die Entwicklung von Elektroden für Brennstoffzellen und Elektrolyseure mit dem Ziel, die Herstellungskosten durch eine intelligente Elektrodenarchitektur mittels verschiedener Beschichtungsverfahren zu senken. Der Ansatz der Gasdiffusionselektroden wird sowohl mit graphitischen als auch metallischen Substraten verfolgt, um den Einsatz von Edelmetallen zu reduzieren und gleichzeitig die Langzeitstabilität zu erhöhen.
Verschiedene Beschichtungstechnologien stehen zur Verfügung, darunter Ultraschall-Sprühbeschichtung unter kontrollierter Atmosphäre, Schlitzdüsenbeschichtung und verschiedene galvanische Verfahren zur Abscheidung metallischer Materialien in Größen von 1 cm² bis über 200 cm². Die Gruppe hat die Möglichkeit, eine umfassende ex-situ elektrochemische Charakterisierung durchzuführen. Zur MEA-Fertigung stehen zwei Heißpressen zur Verfügung, mit denen MEAs vom Labormaßstab bis zu industrienahen Größen (500 cm²) hergestellt werden können. Darüber hinaus verfügt die Hochschule über verschiedene Geräte zur Materialcharakterisierung, darunter röntgenbasierte Verfahren (XRF, XRD) sowie Licht- und Rasterelektronenmikroskopie.
Laufende Projekte
SmarTestMEA Elektroden für PEMW und PEMFC auf Basis von innovativen Support-Materialien und deren reproduzierbare Testung in einem neuartigen MEA-Testsystem EFRE-20800220 15.07.2024 - 31.12.2027
PeroGraph Entwicklung der Elektrolyseur-Kernkomponente Membran-Elektroden-Anordnung auf Basis ressourceneffizienter Perowskit- und Graphenmaterialien für den breiten Ausbau der Wasserstoffproduktion mittels Protonen-Austausch-Membran-Elektrolyse 01IF23354N 01.12.2024 - 30.06.2027
NiProAEM Entwicklung von Produktionsprozessen für hierarchisch aufgebaute poröse Nickel-Elektroden-Strukturen für die AEM-Elektrolyse - 16KN115821 01.12.2024 - 30.11.2026
Materials for Future Hydrogen Technologies MAT4HY.NRW fokussiert sich auf Kooperationsformate, um materialtechnische Potentiale, insbesondere für die AEM-Elektrolyse zu heben. Der Einsatz und die Effizienz von Wasserelektrolyseuren sind entscheidend für die zukünftige Versorgung mit Wasserstoff und damit zentral für das Gelingen der Energiewende. MAT4HY KP22-065-D 01.05.2023 - 30.04.2027
ME(G)AEM Hocheffiziente und kostengünstige Wasserstoffproduktion durch alkalische Membran Wasser Elektrolyse: Korrosive und galvanische Abscheidung edelmetallfreier Katalysatorschichten zur Herstellung von Elektroden für Membran-Elektroden-Einheiten. ME(G)AEM 22812 N, 01.04.2023 - 30.09.2025
Alkalische Membranelektrolyseure mit hydraulischer Verpressung - AEMruhr 13FH0I62IA, 01.03.2021 – 28.02.2025
Abgeschlossene Projekte
Entwicklung und Validierung einer neuartigen Methode zur kontinuierlichen Produktion von hochstabilen und leistungsfähigen Elektroden für MEAs auf Basis galvanischer Prozesse angewandt in PEM-Brennstoffzellen - UP-MEA, 21668 N, 01.06.2021 - 31.08.2024
Entwicklung von kostengünstigen und nachhaltigen Elektrodensystemen im Pilotmaßstab auf Basis von optimierten Iridium/Ruthenium/Titanoxid-Schichten für den Einsatz in der PEM-Wasserelektrolyse - IT-PEM-2.0, 21312 N, 01.11.2020 - 30.04.2024
Entwicklung eines auf der Basis der hydraulischen Kompressionstechnologie entwickelten 2 kW 5-Zellen-AEMWE-Stacks - NEWELY, 875118 , Laufzeit 01.01.2020 bis 31.12.2022
Entwicklung und Demonstration eines anwendungsnahen, wasserstoffbasierten Hochtemperatur-Wärmespeichersystems - HyHeatStore, EFRE-0801552, Laufzeit 01.05.2019 bis 31.12.2022
Iridiumkatalysatorentwicklung auf Basis oberflächenmodifizierter Keramikträger - LIKELY, EFRE-0801480, Laufzeit 01.07.2019 bis 30.06.2022
Entwicklung einer PEM-Hochdruck-Elektrolyse-Anlage zur Langzeituntersuchung - HYDRA 15, EFRE-0801601, Laufzeit 01.07.2019 bis 31.12.2022
Elektrochemische Zellen auf Basis der neuartigen hydraulischen Verpressung von Einzelzellen sowie Polymerelektrolytmembranen mit optimierter Katalysatorbeschichtung zur Verdichtung von Gasen - ELCHPEM UW-01-027D, 01.07.2021 – 30.06.2022
Condition Monitoring for predictive maintenance adapted to geothermal electric submersible pumps - COMPRESS, 13FHOI42IA, 01.10.2019-31.03.2022
Entwicklung eines Funktionsmusters für ein modulares Lithium-Ionen-Batteriesystem auf Basis der hydraulischen Verpessung von Einzelzellen - LiModPress, 13FH0E22IA, Laufzeit 01.10.2019 bis 31.09.2021
Evaluierung der technisch wirtschaftlichen Vorteile des Open-Cell-Moduls bei Lithium-Ionen und Lithium-Schwefel Batterien im Hinblick auf stationäre und mobile Anwendungen - EVOLi²S, 03ETE009H, Laufzeit 01.08.2018 bis 31.07.2021
Entwicklung von kostengünstigen, langzeitstabilen und leistungsverbesserten Membran-Elektroden-Einheiten für PEM-Brennstroffzellen und PEM-Hochdruckwasserelektrolyseure vorzugsweise eingesetzt in Systemen mit hydraulischer Verpressung - HyPresMEA, 13FH257PA6, Laufzeit 01.01.2019 bis 21.12.2021
Novel modular stack design for high pressure PEM water electrolyzer technology with wide operation range and recduced cost - PRETZEL, 779478, Laufzeit 01.01.2018 bis 31.12.2020
Optimierte Iridium/Titanoxid-Schichten für den Einsatz in der PEM-Wasserelektrolyse - IT-PEM, 19817BG, Laufzeit 01.11.2017 bis 30.04.2020
Entwicklung eines vollmodularen Stacks für Vanadium-Redox-Batterien mit segmentierten Zellen - VARZELL, EFRE-0800546, 10.11.2016-09.11.2019
Entwicklung eines modular designten Standard-Testsystems für Hochtemperatur-Polymerelektrolyt Brennstoffzellen mit hydraulischer Verpressung - HT-MoDe-FC, EFRE-0800551, Laufzeit 01.01.2017 bis 31.12.2019
Smart Solar Geothermal Energy Grid Ruhr - GeoSmaGriR, 03FH0I12IA, Laufzeit 01.01.2017-31.12.2018
Validierung eines neuartigen modular aufgebauten Elektrolyseursystems zur Produktion von Wasserstoff aus regnerativen Energiequellen - MoDePEM, EFRE-0400094, Laufzeit 01.01.2017 bis 31.12.2018
Entwicklung eines vollmodularen PEM-Elektrolyseurs mit segmentierten, planaren Polplatten - VOMPELS, EFRE-0800099, Laufzeit 10.03.2016 bis 09.03.2019
Entwicklung von Low Cost Gasdiffusionselektroden auf Basis von CNTs/CNFs für den Einsatz in PEM-Brennstoffzellen - LOCOPEM, EFRE-0800111, Laufzeit 09.03.2016 bis 08.03.2019
FHInvest 2016: Charakterisierung und Qualifizierung von PEM-Hochdruckelektrolyseurkomponenten im Hochdruckbetrieb bis 100 bar, 03FH012IN6, Laufzeit 15.09.2016 bis 14.09.2017
Langzeit-Monitoring-System für autarke Umweltüberwachung über und unter Tage mit einer Brennstoffzelle als Energiequelle, KF2697004ZG4, Laufzeit 01.09.2014 bis 30.04.2017
Maschinen- und Verfahrenstechnologie für die Hochgeschwindigkeits-Blechumformung auf Basis einer Elektrodetonation, KF2697003UW3, Laufzeit: 01.05.2014 bis 31.10.2016
Entwurf intelligenter Steuerungs- und Regelungsansätze für Elektrospeicherheizungen zur Bereitstellung von Speicherkapazitäten in volatilen elektrischen Energienetzen, KF2697005NT4, Laufzeit 01.05.2015 bis 30.06.2016
Entwicklung eines PEM-Hochdruckelektrolyseurs in Taschenbauweise mit hydraulischer Verpressung von Polplatten und Membrane sowie Ausgangsdruck von 50 bar, KF2697002ZG3, Laufzeit 01.09.2013 bis 30.06.2016
Neuartige Membran-GDL-Assembleys für PEM-Brennstoffzellensysteme – NanoFuelCells, 005-1111-0010, Laufzeit 15.01.2012 bis 31.05.2015
Energieautarke Bohrlochsensorik mittels Brennstoffzellen – GeoFuelCells, 005-1009-0032, Laufzeit 01.01.2011 bis 31.12.2013
Arbeitsgruppenleiter
Vizepräsident f. Forschung u.Transfer
Direktor des Westfälischen Energieinstitutes ET
Raum: B2.1.08
Tel.:
0209/9596-828