Wasserstoff am Fraunhofer LBF

Materialien der Wasserstoffwirtschaft

Wir untersuchen Metalle, Kunststoffe oder Komposite unter realitätsnahen Bedingungen.

Sensorierung

Mit Kenntnis von Werkstoffbelastungen und dem Erfassen von physikalisch-technischen Zusammenhängen wie Schädigungsmechanismen und Werkstoffbelastung können Sie Ihre Produkte zielgerichtet auslegen und Werkstoffe optimal ausnutzen.

Durch die Identifikation und Behebung von Schwachstellen erkennen Sie Optimierungspotenziale und reduzieren Ihre Produktkosten.

Acoustic-Emission (AE) Messungen an Materialproben

Mit der Erfassung und Analyse von Schadensprozessen in Echtzeit:

• vermeiden Sie Ausfälle und Reparaturen
  
• unterstützen wir Sie in der Entwicklung robusterer und langlebigerer Materialien      
  

Prüfstandsentwicklung & Realitätsnahe Prüfung

• Anwendungsnahe Bewertung des Festigkeits-, Verformungs- und Ermüdungsverhaltens bei komplexen Beanspruchungen unter flüssigen & gasförmigen Medien
• Physikalische und chemische Charakterisierung von Kunststoffen für ​Wasserstoffanwendungen
• Schnelltest für metallischen Proben gegenüber Wasserstoff
• Sorption von Wasserstoff
• Lebensdauerbewertung unter Einflusses von korrosiven Umgebungen
• Substitutionsoptionen für PFAS in spezifischen Wasserstoffanwendungen

Mit unseren Methoden und Testeinrichtungen sind Sie in der Lage, die optimale Materialauswahl zu treffen oder das geeignete Material für kosteneffiziente und nachhaltige Wasserstoffsysteme zu entwickeln. Wir unterstützen Sie darin, die Leistungsfähigkeit von Kunststoffen und Metallen für Wasserstoffsysteme signifikant zu verbessern und die Zuverlässigkeit von (Leichtbau-) Strukturen zu steigern.

Effiziente Schutzschichten: Barrierewirkung von Beschichtungen gegenüber Wasserstoff

Beschichtungen leisten einen wesentlichen Beitrag zur Reduktion der Wasserstoffpermeation und damit zum Schutz von Werkstoffen und Komponenten. Am Fraunhofer LBF steht die unabhängige Analyse und Bewertung dieser Barrierewirkung unter realitätsnahen Betriebsbedingungen im Fokus.

• Bewertung der Wasserstoffpermeation unterschiedlicher Beschichtungssysteme
• Untersuchung des Werkstoffverhaltens unter kombinierter Wasserstoff- und zyklischer Beanspruchung
• Vergleich von beschichteten und unbeschichteten Proben zur quantitativen Einordnung der Barrierewirkung
• Ableitung belastbarer Kennwerte, z. B. zur Lebensdauer und zum Permeationsverhalten

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Anwendungsbeispiele auf Material-Ebene

Komponenten der Wasserstoffwirtschaft

Experimentelle Untersuchung von Komponenten

• Einzelzellversuch unter Vibrationslasten
• Charakterisierung und Langzeiterprobung

Experimentelle und numerische Schwingungsanalyse

• Vorspannkraftermittlung von Stacks im Betrieb
• Experimentelle Schwingungsanalyse von z.B. Brennstoffzellen-Stacks und -Zellen
• Simulation und Modellierung des Verhaltens unter verschiedenen Bedingungen

Mit unseren Untersuchungsergebnissen lassen sich Designs und Struktur von Brennstoffzellen-Stacks und -Zellen optimieren. Unserer Erkenntnisse sowie die technische Beratung helfen Ihnen, die Effizienz und Zuverlässigkeit zu verbessern.

Finite Element Struktursimulation von Komponenten

• Aufbau digitaler Zwillinge für metallische und polymere Bauteile
• Numerische Abbildung und Bewertung
  • Wechselwirkungen von Medien, Alterungseffekten und mechanischen Lasten
  • Lebensdauer von z.B. Schweißverbindungen unter verschiedenen Belastungen
• Kennwertermittlung und Entwicklung von Werkstoffmodellen
• Entwicklung von Auslegungsmethoden für sichere Kunststoffkomponenten

Durch unser Know-how und präzise Auslegungsmethoden steigern wie die Effizienz im Bereich der Auslegung und stellen die langfristige Leistungsfähigkeit und Sicherheit Ihrer Komponenten sicher.  

• Untersuchung von Kunststoffkomponenten wie z.B. Dichtungen und Membranen für Brennstoffzellen und Elektrolyseure

Die spezifischen eperimentellen Testumgebungen liefern umfangreiche Ergebnisse zur Sicherstellung der Leistungsfähigkeit der elektrolytischen Komponenten bei extremen Umgebungsbedingungen.

Sicherstellung der Leistungsfähigkeit elektrolytischer Komponenten unter extremen Umgebungsbedingungen

Analyse von Polymerkomponenten, z. B. Dichtungen oder Membranen für Brennstoffzellen und Elektrolyseure:

• Statisch und dynamisch
• Feuchte- und Temperaturabhängigkeit
• Kühlmittel, Säuren und Laugen
• Verschiedene Belastungen, Druck- und Temperaturbereiche

Die langfristige Leistungsfähigkeit und Lebensdauer von Komponenten wird durch präzise experimentelle Untersuchungen sichergestellt. Gleichzeitig tragen diese Untersuchungen zur Steigerung der Effizienz und Sicherheit bei. Auf dieser Grundlage kann eine zuverlässige Auslegung von Komponenten für Wasserstoffsysteme gewährleistet werden.

Anwendungsbeispiele auf Komponenten-Ebene

Systeme der Wasserstoffwirtschaft

Multiphysikalische Bewertung von Brennstoffzellen

• Lastdatenerfassung und Messkampagnen
  
• Sensorinstrumentierung und Datenauswertung
• Vibrations-Belastungstests unter Einsatz von Multiaxialem Schwingtisch (MAST) und Shakern

Auf Basis unserer detaillierten Datenerfassung und deren Analysen sind Sie in der Lage, fundierte Entscheidungen treffen zu können. Die realitätsnahen Analysen geben z. B. Aufschluß über das Alterungsverhalten von Brennstoffzellensystemen.

Systemidentifikation und numerische Simulation

• Bewertung der vielfältigen Auswirkungen von Vibrationen in Abhängigkeit von verschiedenen Faktoren, wie:
  • Position im Fahrzeug
  • aufbau und Verspannung des Zellstapels
  • Anbindung von BoP-Komponenten

Die Analyse und das Verstehen der Auswirkungen von Vibrationen frühzeitig im Entwicklungsprozess sparen Zeit und Kosten.

Tank-Systeme

• Analyse von H²-Drucktank: Ausdehnung, Materialbeanspruchung, Drucktests, Impact
• Zuverlässige Montage im Fahrzeug bei Druckzyklen und Crash
• Zustandsüberwachung von Wasserstofftanks
  
  • Spezifische Erzeugung und Erkennung von Faserbrüchen, Matrixbrüchen und Delaminationen im Tankmaterial während Lebensdauertests und im Betrieb

Basierend auf den Ergebnissen entwickeln wir Algorithmen zur Bewertung des Lebensdauerverbrauchs.

Wir beraten Sie hinsichtlich einer zuverlässigen Tankbefestigung im Fahrzeug und der Lebensdauerüberwachung. Wir entwickeln spezifische mobile oder stationäre Monitoringsysteme für Ihre Tanksysteme.  

Kommt es zu einem Verkehrsunfall, sind wir der richtige Ansprechpartner für die Bewertung der Tanksicherheit.  

Probabilistische Failure Mode and Effekt Analysis (FMEA)

• Zuverlässigkeits- und Sicherheitsanalysen
  • Qualitative methodische Fehleranalysen
    
  • probabilistische Systembewertung
• Sensitivitätsanalysen zur Ermittlung der größten Einflussfaktoren und Risikobewertung
• Effiziente Berechnungsmodelle zur Quantifizierung von Unsicherheit 
  

Diese Methoden und Analysen bilden die Grundlage für unsere technische Beratung zur Zuverlässigkeit und Sicherheit Ihrer Systeme:

• Ausfallwahrscheinlichkeiten auf System- und Subsystemebene 
  
• weiterführende Betrachtungen, z. B. funktionale Sicherheit

Anwendungsbeispiele auf System-Ebene