Konstruktion, Aufbau und Inbetriebnahme eines Hochdruck-PEM-Elektrolysestapels<\/p>\n
Das Praktikum wird am Fraunhofer-Institut f\u00fcr Solare Energiesysteme in Freiburg in der Arbeitsgruppe \u0084Chemische Energiespeicherung\u0093 der Abteilung Energietechnik absolviert. Es ist Teil des Projektes \u0084NEXPEL \u0096 Next Generation PEM Electrolyser for Sustainable Hydrogen Production\u0093. Aufgaben werden in 3 Gruppen unterteilt: Elektrolyse, Korrosion und Wasserstoff Verspr\u00f6dung.\u00a0<\/p>\n
F\u00fcr die Elektrolysezelle Messungen wurde eine PEM Elektrolysezelle benutzt, die besteht im Wesentlichen aus zwei Endplatten aus Edelstahl und zwei Bipolarplatten. Anstatt eines Flowfield hat die NEXPEL Zelle eine 2 mm tiefe Aussparung in beiden Bipolarplatten. Hier befinden sich die mit Katalysatoren beschichteten Membranen und die Stromverteilerplatten. Dadurch k\u00f6nnen verschieden dicke Stromverteilerplatten eingebaut werden. Um die jeweils gew\u00fcnschte Verpressung zu erreichen, werden zudem Titanbleche mit unterschiedlicher St\u00e4rke eingesetzt. Messungen wurden bei verschiedenen Temperaturen (20\u00b0C, 40\u00b0C, 60\u00b0C und 80\u00b0C) und mit verschiedenem Druck (1 bar, 10 bar, 15 bar, 20 bar und 30 bar) durchgef\u00fchrt, sowie mit verschiedenen Membranen und verschieden Stromverteilers \u0096 Titan, Gas Diffusion Layer (GDL), Titan Gitter, Titan Sinter, Grafit (EFT) und es unterschiedlicher Dicke.\u00a0Elektrolyse-Messungen wurden abgeschlossen. Auf Basis der Ergebnisse wurde\u00a0ein Konzept f\u00fcr einen Elektrolysestack entwickelt. Anhand der Elektrolyse-Messungen wurde herausgefunden, dass mit h\u00f6herer Temperatur bessere Ergebnisse erzielt werden. Die Wahl der Materialien und der Materialst\u00e4rke wirkt sich signifikant auf die Ergebnisse aus.\u00a0<\/p>\n
F\u00fcr Korrosionsmessungen wird eine elektrochemische Zelle mit drei Elektroden verwendet, Arbeitselektrode, Referenzelektrode und Gegenelektrode. F\u00fcr die elektrochemischen Messungen werden die LSV (Linear Sweep Voltammetrie) und die CV (Cyclische Voltammerie) verwendet. Mit der LSV Methode (Potentialkorrosion) werden die quantitativen Werte (Korrosionsrate [mm\/J], Korrosionsstrom [A\/cm\u00b2], Korrosionspotential [V]) ermittelt. Mit der CV Methode (Spaltkorrosion) werden die qualitativen Werte (Redox Reaktionen) ermittelt.\u00a0 Die Messungen wurden mit den Titan Graden 1, 2, 5, 7, 12 bei 80\u00b0C, 60\u00b0C und 40\u00b0C und mit dem Stahl bei 80\u00b0 durchgef\u00fchrt.\u00a0Bei h\u00f6heren Temperaturen ist Ti Grad 2\u00a0 der Favorit f\u00fcr das NEXPEL-Projekt und Ti Grade 2 ist wesentlich kosteng\u00fcnstiger als Ti Grade 7 und Ti Grade 12. Alle Ti Grade sind gute Ergebnisse bei allen Temperaturen in dem OCP Bereich, weil die Korrosionsstr\u00f6me\u00a0 US-DOE Standard (16\u00b5A\/cm\u00b2) sind. In dem 2V Bereich bei 80\u00b0C erzielen Ti Grade 1, 2, 7 den Standard, aber bei den \u00a0Ti Graden 5 und 12 sind die \u00a0Korrosionsstr\u00f6me zu hoch und das bedeutet, dass die Materialien weniger als 10 000 Stunden\u00a0betrieben werden \u00a0k\u00f6nnen. Von den LSV Messungen wurde festgestellt, dass\u00a0 Titan Grade 2 das\u00a0 bessere Material gegen Potentialkorrosion ist.\u00a0An den CV Messungen wurde festgestellt, dass\u00a0 Titan Grade 12 besseres Material gegen SpaltkKorrosion ist, trotz des hohen\u00a0Korrosionsstroms (oben US-DOE Standard 16\u00b5A\/cm\u00b2)\u00a0 und deshalb Ti Grad 12 nicht f\u00fcr Bipolarplatten ersetzt. Daraus wurde festgestellt, dass Ti Grad 2 der Favorit f\u00fcr das NEXPEL-Projekt ist und Ti Grad 2 ist wesentlich kosteng\u00fcnstiger als Ti Grad 7 und Ti Grad 12.<\/p>\n
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