Materialdiagnostik für H2-Technologien

Am Fraunhofer IMWS widmen wir uns der Weiterentwicklung von Wasserstofftechnologien durch umfassende Materialdiagnostik. Unser Fokus liegt auf dem Verständnis des kritischen Zusammenspiels zwischen Materialeigenschaften und deren Leistung in Anwendungen wie Elektrolyse und Brennstoffzellen. Durch die Verbindung von theoretischer Forschung und praktischer Anwendung wollen wir Innovationen vorantreiben und die Qualität, Effizienz und Nachhaltigkeit von Wasserstoffsystemen verbessern.

Unsere Schlüsselkompetenzen umfassen:

• Materialcharakterisierung: Detaillierte Analyse von Materialeigenschaften und -verhalten.
• Defektdiagnostik: Identifizierung von Defekten auf Mikro- und Nanoskala und deren Verhinderung.
• Qualitätskontrolle: Sicherstellung der Zuverlässigkeit von Materialien in der Produktion und im Betrieb.
• Optimierte Prozesse: Unterstützung der Entwicklung von Materialien und Prozessen, die auf Wasserstofftechnologien zugeschnitten sind.

Wir bieten Expertise für alle Wasserstofftechnologien, wie:

• PEM: Protonenaustauschmembran-Elektrolyse
• AEM: Anionaustauschmembran-Elektrolyse
• SOEC/SOFC: Festoxid-Elektrolyse/Brennstoffzellen
• AE: Alkalische Elektrolyse

Zusätzlichen Fokus legen wir auf folgende Themen:

• Leistung und Zuverlässigkeit: Umfassende Stress- und Alterungstests der Materialeigenschaften unter Betriebsbedingungen.
• Entwicklung von Methoden und Messgeräten: Neuartige Ansätze, Setups und Geräte für die fortschrittliche Probenvorbereitung, räumlich aufgelöste elektrische Diagnostik und chemische Analyse.
• Prototyping für neue Konzepte: Herstellung von funktionalisierten Membranen, z. B. für blasenfreie Elektrolyse.
• Regulatorische Konformität & Nachhaltigkeit: Expertise in der Navigation durch regulatorische Rahmenbedingungen für Grünen Wasserstoff und Power-to-X, um Nachhaltigkeitskriterien für die Marktanpassung sicherzustellen.

Unser Engagement für Zusammenarbeit und Innovation positioniert uns als vertrauenswürdigen Partner auf diesem Gebiet, um die spezifischen Bedürfnisse unserer Partner zu erfüllen und zur nachhaltigen Weiterentwicklung der Wasserstofftechnologie beizutragen.

Um ein tieferes Verständnis unserer Fähigkeiten zu vermitteln, präsentieren wir im Folgenden einen umfassenden Überblick über die Methoden und Analysetechniken, die wir für unseren Forschungs- und Entwicklungsangebot einsetzen.

Stacks von PEM-Elektrolyseuren bestehen aus verschiedenen Komponenten, die jeweils eine entscheidende Rolle für die Gesamtleistung spielen. Unsere Expertise ermöglicht es uns, eine umfassende und detaillierte Analyse anzubieten, die auf alle Typen und Größen dieser Komponenten zugeschnitten ist. Egal ob eine Untersuchung auf Stack-, Zell- oder Einzelkomponentenebene benötigt wird: Sie können aus unseren spezifischen Analysen die Auswahl treffen, die Ihre Forschung am besten unterstützt und Ihr Verständnis dieser Systeme vertieft.

Unsere am häufigsten verwendeten Analysemethoden sind:

• Mikrostrukturdiagnostik: SEM, FIB, TEM
• Oberflächen- und Materialanalyse: XPS, ToF-SIMS, SEM-EDX, XRF, Raman- und IR-Spektroskopie
• Elektrische Charakterisierung: Kontaktwiderstand, in-plane und through-plane Leitfähigkeit, Eddy-Current Testing (ECT), MFA
• Thermische Bildgebung: LIT, HV-LIT, VACE-LIT, H2-LIT
• Material- und Stress-Tests, Alterungsexperimente

Analyse einzelner Komponenten eines PEM-Stacks - Themen- und Methodenauswahl:

• BPP: Bipolarplatten
  • Beschichtungsstabilität: XRF, SEM, Widerstandsmessungen
  • Mechanische Prüfung: Mikroindentation
  • Versagenspunkte: ECT
• Dichtungen
  • Stresstests, Alterungsexperimente
• PTL: Porous transport layer
  • PTL-Beschichtungen: SEM-EDX
  • Schweißnahtqualität: Querschnitt
  • Passivierungsmorphologie und -dicke: Widerstandsmessungen, SEM, TEM
• GDL: Gas diffusion layer
  • Korrosion: XPS, Raman, Dicke
• Katalysatoren für Anode (IrO2) und Kathode (PtC):
  • Beladungsbestimmung: XRF
  • Schichtdicke und Homogenität: SEM
  • Kontaminationen: XRF, EDX
  • Mikrostruktur: FIB-SEM, TEM
  • 3D-Analyse durch FIB-slice-and-view
• Membran (und Vor-Komponenten z. B. Decal-Prozess in der CCM-Produktion)
  • Membrandegradation und -kontamination: XPS, FT-IR, ToF-SIMS, SEM
  • Schichtdicke, Materialverlust oder Deformation: LiMi, SEM
  • Pinhole-Erkennung: H2-LIT

Analyse auf Stack-Ebene

Der gesamte Zellstapel kann untersucht werden mit:

• MFA: Messung des inneren und/oder äußerem Magnetfeld eines Stacks zeigt die Verteilung und Homogenität der Stromdichte
• XTM und CT sind weitere zerstörungsfreie Prüfmethoden auf Basis von Röntgendurchleuchtung

Analyse auf Zell-Ebene (MEA/CCM/Grenzflächen)

• MEA: Membrane Electrode Assembly (PTL and GDL bleiben in Kontakt mit CCM durch Klemmung oder Einbettung)
• CCM und einzelne Grenzflächen
  

Alle Methoden der Analyse einzelner Komponenten können verwendet werden, zusätzlich sind:

• 3D-Analyse durch FIB-slice-and-view [link], planar CT / µCT or Tiefenprofiele mit ToF-SIMS [link]
• XRF-Beladungsbestimmung, XTM für Inhomogenitätsanalyse der Schichten
• TEM/STEM für ultra-hochauflösende Diagnostik
• VACE-LIT, H2-LIT
• Querschnittspräparation gesamter MEAs

Weitere Informationen zu den verfügbaren Methoden

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Wir bieten hoch-qualitative Probenpräparation, die auf Ihre Bedürfnisse zugeschnitten sind. Dies umfasst die Lokalisierung von Defekten,
die sorgfältige Demontage und fortschrittliche Techniken wie Laser-Ablation und FIB-SEM. Wir legen Wert darauf, die Integrität der Proben zu bewahren, während wir präzise Einblicke bis in den Nanometer-Bereich für zuverlässige Analysen ermöglichen.

• Maßgeschneiderte Analysen und Präparation: Wir bieten die komplette Prozesskette von der Lokalisierung von Defekten oder Auffälligkeiten (durch LIT, XRF, ..) bis zur nanoskaligen Probenvorbereitung
• Vereinzelung / Extraktion / Verkleinerung: Sorgfältige Demontage und Auftrennung in Komponenten durch Schneiden, Sägen und Laserbearbeitung für Proben in handhabbaren Abmessungen.
• Bewahrung des ursprünglichen Zustands:
  • Einbetten in Epoxidharz bewahrt den 3-dimensionalen Zustand der Probe bei der metallographische Querschnittspräparation
    (mechanisches Polieren oder mittels Ionenstrahltechniken)
  • Kryo-Bruch-Präparation für Membranen und Polymere
  • Präparation und Probenhandling in Inertgas (N2), inkl. Transfer zu verschiedenen Instrumenten
• Versteckte Merkmale finden und analysieren:
  • Laser-Ablations-Prozesse zur selektiven Entfernung von Schichten mit modernsten Femtosekunden-Lasersystemen
    (z. B. Katalysatorschichten auf Membranen) und zur Querschnittspräparation
  • FIB-SEM für die Querschnittspräparation in Schichtsystemen
• Einblicke auf nanoskaliger Ebene
  • Präparation von TEM-Lamellen mit FIB (Ga, O, N, Ar, Xe) und in-situ Lift-off mit Zielpräparation mit einer Genauigkeit von bis zu 100 nm
  • Herstellung von hoch-qualitativen TEM-Lamellen aus weichen Materialien durch Ultramikrotomie (z. B. Membranen, Membran-Katalysator-Grenzfläche)
• Herstellung von Referenzproben
  • Hochwertige eingebettete Querschliffe zur Erstellung von Referenzproben (z. B. Kalibrierung von Messtechnikgeräten oder Prozesskontrolle)

   

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Mikrostrukturdiagnostik

• REM: Rasterelektronenmikroskopie
• TEM: Transmissions-Elektronenmikroskopie mit hochempfindlichem EDX-Detektor
• FIB: Fokussierte-Ionenstrahl-Technik (Ga+ oder Plasma)
• XTM: Röntgen-Transmissionsmikroskopie
• µCT und CT: Computertomographie mit 3D-Rekonstruktion
• SnV: Slice-and-View mit FIB-SEM und 3D-Rekonstruktion

Materialanalytik

• XRD: Röntgenpulverdiffraktometrie
• XRF: Röntgenfluoreszenzanalyse
• EDX: Energie-dispersive Röntgenspektroskopie bei SEM oder TEM
• XPS: Röntgenphotoelektronenspektroskopie
• ToF-SIMS: Flugzeit-Sekundärionen-Massenspektrometrie
• andere MS: Massenspektroskopie-Techniken (ICP-MS, GD-MS, GC-MS, …)

Optische Methoden

• Mikroskopie: (optisch, NIR, Laserscanning, 3D, Transmissionsmikroskopie)
• Raman: Raman-Spektrometer (Mikro- und Makro-Raman)
• FT-IR: Fourier-Transformations-Infrarotspektrometer
• Höhenmessung: Optisches Profilometer

Elektrische Charakterisierung

• Mikro-Kontaktierung: Widerstand, I-V-Kurven und 4-Punkt-Messungen
• Widerstandsmessung unter variablem Druck: In-Plane und Through-Plane
• TLM: Transfer Length Method zur Bestimmung des Kontaktwiderstands
• ECT: Wirbelstromprüfung
• MFA/MFI: Magnetfeldanalyse und -bildgebung (anpassbarer Roboterarm verfügbar)
• EBAC: Elektronenstrahl-Absorptions-Strommessung (im REM)
• EIS: Elektrochemische Impedanzspektroskopie (variable AC-Frequenzen)

Thermografische Verfahren

• LIT: Lock-In-Thermografie
• HV-LIT: Hochspannungs-Lock-In-Thermografie
• VACE-LIT: Lock-In-Thermografie mit variabler AC-Frequenz-Anregung
• H2-LIT: Lock-In-Thermographie mit katalytischer Wärmeentwicklung durch gepulste H2-Zugabe (zur empfindlichen Detektion von Mikrolöchern)

Materialprüfung, beschleunigte Stresstests, Alterungsexperimente

• Mechanische Prüfung: (Zugversuche, Druckverformung, Elastizitätsmodul, Bruchdehnung, Mikroindentation)
• Chemische Prüfung in Autoklaven: (variable Druck-, Temperatur-, Säurebedingungen für Auslaugexperimente, Leck- und Durchlässigkeitsraten, Ionenfreisetzungen und mehr)
• Beschleunigte Stresstests: anpassbar (kann obige Verfahren einschließen)

Laser-Bearbeitung

• Laser mit ultra-kurzen Pulse (fs) und kurze Pulse (ns): für selektive Laserablation und Hochdurchsatzpräparation (Möglichkeit zur Gasanalytik) oder Probenstrukturierung

Zeige alle verfügbaren Methoden

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3D-Analyse von SOEC-Elektroden im Mikro- und Nanometerbereich mit FIB Slice-and-View

FIB-SEM Slice-and-View ermöglicht den Zugang zu einer Vielzahl von mikrostrukturellen Parametern nach einer 3-dimensionalen Rekonstruktion einer Probe.

Herausforderungen:

• Bedarf an mikrostruktureller Analyse: Um poröse Systeme zu optimieren, müssen mehrere mikrostrukturelle Parameter zuverlässig aus einem 3D-Modell der Probe bestimmt werden.
• Einschränkungen der 2D-Bildgebung: Traditionelle Methoden, die ausschließlich auf 2D-Bildern basieren, sind oft unzureichend, um kritische Faktoren zu bewerten.
  

Unsere umfassenden Forschungsdienstleistungen:

• FIB-SEM-Technik: Eine Serie von 2D-SEM-Bildern wird mit der FIB-SEM Slice-and-View-Technik aufgenommen.
• 3D-Modellierung: Wir können daraus ein detailliertes 3D-Modell Ihres Materialsystems erstellen – dies ist am besten geeignet für SOEC-Systeme.
• Phasensegmentierung und Analyse: Es folgt die Phasensegmentierung, sowie Visualisierung und Berechnung verschiedener relevanter mikrostruktureller Parameter, z. B.:
  • Größenverteilung von Partikel und Poren
  • Porosität, Totvolumina, 3D-Tortuosität
  • Doppel- und dreifach-Phasengrenzen
  • und vieles mehr

Analyse von PTL-Netzen – Fehlersuche in der Pt-Beschichtung von Ti-PTLs

Wie homogen ist die Pt-Beschichtung meines Ti-PTLs?

Herausforderungen:

Unzureichende Pt-Beschichtung auf Ti-PTLs limitiert die Funktionalität in Bezug auf:

• Kontaktwiderstand: Pt-Schichten auf Ti-PTLs reduzieren den Kontaktwiderstand
• Ti-Schutz: Pt-Schichten verhindern die Auflösung und Degradation von Ti während des Betriebs

Unsere umfassenden Forschungsdienstleistungen:

Aufsicht-Messungen:

• Schnelles Screening: REM-EDX zur schnellen Beurteilung des Pt-Bedeckungsgrad und der Schicht-Homogenität
• Hochauflösende Bildgebung: Detaillierte REM Aufnahme für bessere Einblicke in die Mikrostruktur

Analyse an Proben-Querschnitten:

• Bessere Visualisierung: Ablösungen, Auflösungen und Schichtdicken der Pt-Schicht sind erkennbar
• PTLs und ihr Umfeld: In Querschnitten vollständiger MEAs kann der Einfluss der PTLs auf die CCM untersucht werden

Vom Schnell-Screening zur hoch-qualitätiven Querschnittspräparation

Identifizierte Auffälligkeiten einer MEA ermöglichen durch gezielte Querschnittspräparation deren detaillierte Analyse

Herausforderungen:

Auffälligkeiten in Proben: Schnell-Screening von MEAs oder CCMs kann auffällige Merkmale zeigen und die Identifizierung von interessanten Bereichen (ROIs) ermöglichen, um potenzielle Degradationsmechanismen und deren Folgen einzugrenzen.

Unsere umfassenden Forschungsdienstleistungen:

• Schnell-Screening: Wir bieten ein schnelles 2D-Screening mithilfe von XTM und XRF an, um schnell interessante Bereiche zu identifizieren und geeignete weitere Analysemethoden vorzuschlagen, z. B.:
• Hochauflösende 3D-Scans: Fortgeschrittene, hochaufgelöste 3D-Scans (planar oder µCT), um identifizierte ROIs weiter zu untersuchen.
• Zielpräparation: Präzise und hoch-qualitative Zielpräparation zur Visualisierung ausgewählter ROIs im Querschliff
• Zusätzliche Charakterisierungsmethoden: Weiterführend können REM-EDX und andere Techniken für eine detaillierte Elementaranalyse und mikrostrukturelle Charakterisierung der Querschnitte der identifizierten Regionen angewendet werden. Weiterhin können lokale S-TEM-Analysen durchgeführt werden.

Charakterisierung von Stahlkomponenten in PEM-Elektrolyseuren

Sind Stahlkomponenten korrosionsanfällig und zeigen sie während des Betriebs Korrosion?

Herausforderungen:

• Materialverwendung: Zunehmende Abhängigkeit von Stahl in PTLs und GDLs zur Kostenkontrolle in PEM-Elektrolyseuren
• Korrosionsprobleme: Korrosion von Stahl während des Betriebs setzt Fe²⁺-Ionen in das Elektrolyt frei.
• Auswirkungen auf Membranen: Fe-Ionen katalysieren die Zersetzung in PFSA-Membranen, was die Leistung beeinträchtigt.

Unsere umfassenden Forschungsdienstleistungen:

• Bewertung der Korrosionsanfälligkeit: Wir charakterisieren die Korrosionssensitivität von Stahlkomponenten am Ende ihrer Lebensdauer (EOL) durch Strukturvisualisierung und -analyse, auch nach zusätzlichen bei uns durchgeführten Alterungstests
• Techniken zur Lokalisierung der Korrosion: Durch optische Mikroskopie (OM) und Rasterelektronenmikroskopie (SEM)
• Fortschrittliche Mikrostruktur-Analyse: Wir bieten eine detaillierte Untersuchung der Mikrostruktur vom µm bis zum sub-nm Maßstab unter Verwendung von Metallographie und SEM, gefolgt von lokalen Tiefenanalysen mittels Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) und Raster-Transmissionselektronenmikroskopie (STEM) einschließlich energiedispersiver Röntgenspektroskopie (EDX)

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Hochempflindliches Aufspüren von Löchern in Membranen mit H2-LIT

Erkennung von Löchern und Rissen in Elektrolyseur-Membranen mittels Lock-in-Thermografie

Herausforderung:

• Risiko des Gas-Crossover: Löcher in Elektrolyseur-Membranen führen zu Gasübertritten, was Sicherheitsprobleme und potenzielle Stillstände des Elektrolysesystems zur Folge hat.

Unsere umfassenden Forschungsdienstleistungen:

• Fortschrittliche Detektion: Lock-in-Thermografie mit periodischem H2-Gaspulsieren (H2-LIT) ermöglicht die Erkennung von Löchern und Rissen in Membranen.
• Hohe Empfindlichkeit: Diese Methode erlaubt die Detektion von Löchern mit Durchmessern unter 25 µm, wobei die Defektlokalisierung in weniger als einem Millimeter erreicht werden kann.
• Ursachenuntersuchung: Nach der Lokalisierung von Defekten nutzen wir verschiedene Methoden in unserem Labor, um deren Ursachen zu untersuchen.
• Unterstützung bei der Optimierung des Designs: Unsere Erkenntnisse helfen bei der Optimierung des Designs von Elektrolyseuren und deren Komponenten.

Bildgebung von elektrischen Strompfaden durch Thermografie

Präzise Erkennung von Streu- oder Kurzschluss-Strompfaden mit hoch empfindlichen Methoden der Thermografie

Herausforderungen:

• Degradation von Komponenten: Alternde Komponenten können zu unerwünschten Leckströmen in Isolatoren und anderen Bereichen führen, was Risiken für die Systemzuverlässigkeit darstellt.
• Defektlokalisierung: Effektive Ursachenanalyse und Prävention von Defekten erfordern die präzise Lokalisierung von Defektstellen.

Unsere umfassenden Forschungsdienstleistungen:

• Lock-in-Thermografie (LIT):
  • Empfindliche Bildgebung: Erkennt Streustrompfade mit räumlicher Auflösung im Sub-millimeterbereich.
  • Anwendbarkeit im Betrieb: Anwendbar während des Betriebs in elektrischen Niedrig- und Hochspannungs-Systemen.
  • Breiter Frequenzbereich: Effektiv bei Frequenzen zwischen 0,1 und 100 Hz.
    

Flexible Analyseoptionen:

• Laboranalysen: Komponenten können in unserem Labor-Aufbau analysiert werden (bis zu 10 kV).
• Vor-Ort-Messungen: Messungen in Betriebsumgebung vor Ort erfordern minimale Voraussetzungen.

Es wird eine periodische Spannungsvariation benötigt (beliebige Wellenform, Frequenzen bis 100 Hz).

Schnell-Screening von CCM & MEA mit Röntgentechniken

Gibt es Schicht-Inhomogenitäten?

Herausforderungen:

• Inhomogene Materialverteilung: Variabilität in den Katalysatorschichten (z. B. Ir, Pt, Verunreinigungen) in katalysatorbeschichteten Membranen (CCMs) kann die Leistung der Elektrolysezelle
  • negativ beeinflussen,
  • Schwachstellen erzeugen,
  • Kurzschlüsse verursachen und
  • Probleme mit der Reproduzierbarkeit in Fertigungsprozessen signalisieren.

Unsere umfassenden Forschungsdienstleistungen:

• Zerstörungsfreies Röntgen-Screening: Mit fortschrittlichen, zerstörungsfreien Methoden können wir verschiedene Materialien schnell auf Inhomogenitäten untersuchen, wie z. B. mithilfe der Röntgen-Transmissionsmikroskopie (XTM) Materialagglomerationen oder -verarmungen im Mikrometerbereich.
• Elementaranalyse: Unsere Röntgenfluoreszenzanalyse (XRF) ergänzt die Materialcharakterisierung durch eine Elementaranalyse.
• Hochauflösende Analyse: Lokalisierte Auffälligkeiten können weiter untersucht werden, indem hochauflösende Techniken wie REM-EDX oder S-TEM-Methoden an den dort präparierten Probenquerschnitten durchgeführt werden.

Degradation von Polymermembranen: Umfassende Analysen

Ist mein Polymer degradiert und hat es an Funktionalität verloren?

Herausforderungen:

• Anfällig für Degradation: Polymermaterialien sind anfällig für chemische Degradationsprozesse und Vergiftungen
• Eingeschränkte Diagnosemöglichkeiten: Der Zugang zum Membranmaterial wird oft durch Katalysatorschichten behindert, und Degradation kann während der Messung auftreten

Unsere umfassenden Forschungsdienstleistungen:

• Multimodale Diagnostik der Degradation: Wir nutzen verschiedene fortschrittliche Techniken, die empfindlich für Polymerchemie und Verunreinigungen sind, wie z.B.
  • SEM-EDX
  • TEM
  • FT-IR
  • Raman-Spektroskopie
  • ToF-SIMS
• Flexible Analyseoptionen: Zusätzlich können wir Membranen im Querschnitt analysieren oder durch Laserbearbeitung zugänglich machen

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Katalysatorbeladung: Bestimmung und Kontrolle

Wie hoch ist die Beladung meiner Katalysatorschichten und deren Schwankungsbereich?

Herausforderungen:

• Kosten und Funktionalität: Katalysatorbeladungen auf CCMs wirken sich erheblich auf Kosten und Leistung von PEM-Elektrolyseuren aus
• Messgenauigkeit: Die genaue Bestimmung der absoluten Katalysatorbeladungen stellt häufig eine Herausforderung dar
• Indikator der Prozessstabilität: Die Variabilität der Katalysatorbeladung dient als entscheidender Indikator für die Robustheit von Beschichtungsprozessen

Unsere umfassenden Forschungsdienstleistungen:

• Bestimmung der absoluten Katalysatorbeladung: Wir nutzen Hochtemperatur-Referenzmethoden mit TGA-Geräten, um Referenzen für spezifische Probensysteme zu bestimmen
• XRF-Screening: Bestehende Kalibrierungen bieten Einblicke in die Reproduzierbarkeit und Konsistenz der Katalysatorbeladungen
• Fortgeschrittenes Screening: Hochauflösende Messungen ermöglichen die Identifizierung von Beschichtungsinhomogenitäten innerhalb einer Probe bis in den μm-Bereich

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Tiefenprofile von PTLs mit ToF-SIMS

Wie degradieren und verändern sich die Oberflächen während der Nutzung?

Herausforderungen:
In der PEM-Elektrolyse umfassen die Probleme an den Oberflächen der PTLs:

• Bildung von TiOx, was zu erhöhtem Widerstand führt
• Ablösung und Degradation von Funktionsschichten
• Adsorbierte Materialien aus umgebenden Komponenten

Unsere umfassenden Forschungsdienstleistungen:

Wir erstellen Tiefenprofile von PTLs durch ToF-SIMS für die Beurteilung von Degradation und Änderungen an deren Oberflächenschichten

ToF-SIMS bietet eine einzigartige Kombination aus:

• Hohe Empfindlichkeit bei der Detektion von Spurenelementen
• Hohe Tiefenauflösung für eine präzise Schichtanalyse
• Hohe laterale Auflösung für fortgeschrittene chemische Bildgebung und 3D-Rekonstruktionen einzelner PTL-Fasern

Dies ermöglicht uns eine effektive Analyse von:

• Schichtstruktur
• Kontamination und
• Degradation von PTL-Fasern sowie verschiedenen anderen H2-bezogenen Materialsystemen durchzuführen.

Ermittlung des Ionomer-Anteils in Katalysatorschichten

Wie ist das Volumenverhältnis von Ionomer zu Katalysator in Katalysatorschichten?

Wie hoch ist der Anteil der Ionomer-Agglomerate?

Herausforderungen:

• Optimierung der Katalysatorschichten: Präzise Informationen über die Anteile der Phasenanteile der Schichtsysteme sind entscheidend für Leistungsverbesserung von PEM-Elektrolyseuren
• Quantifizierungsherausforderungen: Die Bestimmung des Verhältnisses von Ionomer zu Katalysator und des Anteils von Ionomer-Agglomeraten stellt häufig erhebliche Schwierigkeiten dar

Unsere umfassenden Forschungsdienstleistungen:

• Kontrastierung: Spezialisierte Kontrastiermethoden verbessern die Sichtbarkeit der verschiedenen Phasen innerhalb der Katalysatorschichten
• Ultramikrotomie: Diese Technik ermöglicht die Herstellung von ultradünnen Schnitten einer Probe für eine detaillierte Analyse
• Fortgeschrittene Bildgebung: Hochauflösende Bildgebung mit unseren hochmodernen TEM-Geräten ermöglicht eine präzise Visualisierung der Schichtphasen
• Bildverarbeitung und Analyse: Nutzung stereologischer und statistischer Methoden zur Ableitung genauer 2D- und 3D-Parameter der Phasen

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Bewertung und Benchmarking von Dichtungsmaterialien

Langzeitalterung oder beschleunigte Stresstests von Dichtungsmaterialien für Elektrolysezellen und Stacks

Herausforderungen:

• Kritische Rolle von Dichtungen: Zuverlässige und langlebige Dichtungen sind entscheidend für den sicheren und effizienten Betrieb von Elektrolyseuren, obwohl sie sekundäre Komponenten sind. Ihr Versagen kann zu erheblichen Leistungsproblemen und Betriebsunterbrechungen führen.
• Materialherausforderungen: Diese Komponenten müssen strengen Anforderungen genügen, darunter:
  • ausreichende mechanische Widerstandsfähigkeit gegen Kompression
  • Thermische Belastbarkeit
  • Hydrophobizität
  • Chemische und elektrochemische Stabilität
  • Niedrige Gasdurchlässigkeit

Unsere umfassenden Forschungsdienstleistungen:

• Multi-Geräte-Stresstests: Testmöglichkeit für mehrere parallele Versuche für hohen Durchsatz für PEM-, AEM- und alkalische Systeme.
• Alterungstests: Acht temperaturgeregelte, druckbeaufschlagte Autoklaven für Alterungsexperimente von Materialien und Komponenten unter realistischen Betriebsbedingungen (bis zu 200 °C und 50 bar, H₂SO₄ und andere).
• Materialanalytik: Unterstützende Bewertungen sind möglich:
  • Quantitative Bestimmung von Ionenfreisetzungen und Auslaugungsraten
  • Vollständiger Satz der Transmissionseffizienten
  • Mechanische Veränderungen durch Zugversuche und Bestimmung des Kompressionsverhaltens

   

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Magnetfeldanalyse (MFA) zur Überwachung des Betriebszustands von Elektrolyse-Stacks

Wie kann ich den sicheren Betrieb und eine optimale Leistung meines Elektrolyse-Stacks gewährleisten?

Herausforderungen:

• Stromdichte: Ist die Verteilung der Stromdichte entlang des Stacks homogen?
• Betriebsbedingungen: Ist der Stack in einem sicheren Betriebszustand?
• Neustartfähigkeit: Kann der Stack nach einem Not-Aus sicher neu gestartet werden?
• Streuströme: Gibt es unerwünschte Ströme in anderen Komponenten (Balance of Plant, BOP)?

Unsere umfassenden Forschungsdienstleistungen:

• Zerstörungsfreie und nicht-invasive Techniken: Entwicklung von End-of-Line-, Operando- und MFA-Messkonzepte zur Fehlersuche
• 2D-Kartierungstechnologie: Schnelle Messungen vor Ort für industriell dimensionierte Stacks

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Schulung und Beratung zu nachhaltigen PtX-Vorschriften

Globaler oder Europäischer Rechtsrahmen, Zertifizierungssysteme, Marktanreize und deren Nachhaltigkeitskriterien

Herausforderungen:

• Komplexe Vorschriften: Zahlreiche globale Rechtsrahmen und Zertifizierungssysteme für eine nachhaltige PtX-Produktion bringen verschiedene Nachhaltigkeitsanforderungen mit sich. Marktanreize unterstützen PtX-Projekte, haben jedoch spezifische Anwendbarkeit und Nachhaltigkeitskriterien.

Unsere umfassenden Forschungsdienstleistungen:

• Wir bieten individuelle Schulungen zu den Themen:
  • Rechtsrahmen für die nachhaltige Produktion von Wasserstoff und Derivaten
  • Freiwillige Zertifizierungssysteme
  • Marktinstrumente und Anreize
  • Nachhaltigkeitskriterien
  • Weitere Auswahl aus unserer umfassenden Themenliste.
• Format: Online oder offline.
• Flexible Zeitgestaltung: Minimale Dauer von 3 Stunden; bis zu mehreren Tagen möglich.
• Detaillierte Analyse: Fokus auf Kernthemen und Beispiele aus der Praxis.

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Kontaminationsanalyse von Spurenelementen in der PEM-Elektrolyse

Räumliche Verteilung schädlicher Spurenelemente

Herausforderungen:

In der PEM-Elektrolyse stellt die metallische Kontamination in den Membran- und Katalysatorschichten ein bedeutendes Problem dar.

• Kontaminationen können lateral als auch in der Tiefe variieren.
• Externe Quellen und die Betriebsdauer das Ausmaß und Form der Kontamination beeinflussen.

Unsere umfassenden Forschungsdienstleistungen:

ToF-SIMS bietet eine außergewöhnliche Kombination aus hoher Empfindlichkeit, Tiefenauflösung und lateraler Auflösung für fortgeschrittene chemische Bildgebung und Tiefenprofilierung, die speziell folgende Aspekte adressiert:

• Verteilung der Spurenelemente
• Laterale Variationen
• Kontaminationsbewertung
• Schichtcharakterisierung

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