Brennstoffzellen- und Wasserstofflabor

Graz University of Technology

Graz | Website

Core facility (CF)

Short Description

Das Brennstoffzellen- und Wasserstofflabor der TU Graz verfügt über langjährige Erfahrung in der Forschung und Entwicklung von Niedertemperatur-Brennstoffzellen. Dabei liegt ein besonderer Fokus auf der Herstellung von Katalysatoren und Charakterisierung von Einzelzellen für alkalische Brennstoffzellen (AFC), Polymerelektrolytbrennstoffzellen (PEFC), Hochtemperatur- Polymerelektrolytmembranbrennstoffzellen (HT-PEMFC) und der Direkt-Alkohol-Brennstoffzellen wie zum Beispiel die Direkt-Ethanol-Brennstoffzelle (DEFC).

Überdies arbeitet die Forschungsgruppe an neuen Methoden zur Wasserstoffherstellung und zur Wasserstoffspeicherung. Erfolgreich realisiert wurde ein Verfahren zur dezentralen Herstellung von hochreinem Wasserstoff durch eine integrierte Fixed-Bed Chemical-Looping Technologie (RESC-Prozess) aus erneuerbaren Ressourcen. Dafür stehen Versuchsanlagen und Forschungsreaktoren im Bereich der Wasserstoffherstellung, Reformierung von Kohlenwasserstoffen sowie Analyseeinheiten zur Gas- und Materialcharakterisierung zur Verfügung.

Contact Person

Prof. Viktor Hacker

Research Services

Materialherstellung
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Infrastruktur zur Erzeugung von Brennstoffzellenkomponenten und Katalysatoren für chemische und elektrochemische Prozesse. Dies umfasst die Herstellung von Polymerelektrolytmembranen, Elektroden und die notwendigen Dichtungen mittels Filmaufziehgerät und Heißpresse. Damit ist die Herstellung von vollständigen Membran-Elektroden-Einheiten (Membrane Electrode Assembly – MEA) möglich. Ein Spray Coater dient der Applikation von reaktiven Materialien. Mischen und granulieren reaktiven Materialien sowie mahlen bis auf wenige Mikrometer ist besonders für die Prozessentwicklung und Kleinserien relevant.

Heißpresse Fontijne Vlaardingen Holland TP200
Filmaufziehgerät Elcometer 4340; Automatic Film Applicator
Intensivmischer Eirich EL1
Planetenmühle Pulverisette 6 Fritsch
Spray-coater Sonotek ExactaCoat OP3
Electro-spinner Tongli-Tech TL-Pro



Materialcharakterisierung
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RDE (Rotating-Disc-Elektrode) dient der ex-situ-Charakterisierung von Elektrokatalysatoren. Halb- und Einzelzellen werden elektrochemisch untersucht. Das Langzeitverhalten bzw. auftretende Degradationseffekte können in entsprechenden Aufbauten bei unterschiedlichen Betriebspunkten (elektrische Parameter, Temperatur und Gasversorgung) charakterisiert werden.
Zur Bestimmung der Oberfläche sowie der Porengrößenverteilung von Feststoffen und Pulvern dient ein Quecksilberporosimeter. Feststoff-Gasphasenreaktionen werden thermogravimetrisch untersucht. Differenzielle Thermoanalyse (Differential Scanning Calorimetry – DSC) dient hierbei der Bestimmung der Reaktionsenthalpie. Die Charakterisierung von chemischen Katalysatoren und Festbett-Materialien erfolgt in einem flexibel einsetzbaren Mikroreaktorsystem.

RDE/RRDE Messstände Gamry / Autolab
Multikanalteststand BaSyTec
Zahner IM6ex plus PP240
Quecksilberporosimeter PASCAL 140/440
Thermogravimetrische Analyse Netzsch STA 449C Jupiter
Microactivity Reference PID Eng&Tech
Elektrische Lasten: Chroma 63306A (150 V/600 A), Zahner EL300 (12 V/ 100 A)


Gasanalyse
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Die Zusammensetzung von Prozessgasen sowie Abgas-Spurenanalytik erfolgt chromatographisch. Der jeweilige Gaschromatograph wird dabei entweder direkt an die Versuchsanlage gekoppelt oder ex-situ mit Proben beschickt. Besonderer Fokus liegt auf dem Katalysatorgift CO. Die Prozessüberwachung und Charakterisierung größerer Gasströme (>7 l/min) erfolgt über einen Infrarot-Gasanalysator.

Micro Gas-Chromatograph Inficon MicroGC 3000A
Micro Gas-Chromatograph Inficon Fusion
Mehrkanal-Gasanalysator ABB

Methods & Expertise for Research Infrastructure

Aufgrund der mehr als 20-jährigen Forschungstätigkeiten der Arbeitsgruppe auf dem Gebiet der Niedertemperaturbrennstoffzellen und Wasserstofftechnologien ist eine umfangreiche Expertise und Infrastruktur vorhanden.

Für die Herstellung von Brennstoffzellenkomponenten steht ein voll ausgestattetes nasschemisches Labor zur anorganischen und organischen Synthese von Katalysatoren, Infrastruktur zur Membranherstellung und Möglichkeiten zur Membranbeschichtung mit Katalysatoren zur Verfügung. Verschiedene physikalische und chemische Analysemethoden sind zur Charakterisierung der hergestellten Materialien vorhanden.
Für ex-situ Untersuchungen der Aktivität und elektrochemische Charakterisierungen von Katalysatoren stehen Bipotentiostaten der neuesten Generation zur Verfügung, elektrochemische Katalysatoren können in RDE-Testständen charakterisiert werden. Einzelzellen- und Stackprüfstände für Niedertemperaturbrennstoffzellen (DEFC, PEM, HT-PEM) mit den zugehörigen elektrochemischen Messsystemen werden für Langzeituntersuchungen und Fehlerzustandsanalysen mittels Impedanzspektroskopie und THD/A Analysen verwendet. Zur Analyse der Prozessgase der Zellen sind zwei Gaschromatographen und ein Massenspektrometer vorhanden.

Parallel dazu besitzt die Arbeitsgruppe umfangreiche Erfahrung durch Forschung auf dem Gebiet der Wasserstofftechnologien, insbesondere in den Themenbereichen Wasserstoffproduktion, Wasserstoffspeicherung und Hochdruckfreisetzung. Konkret werden Verfahren zur Erzegung von hochreinem Wasserstoff (99.999%) aus fossilen und erneuerbaren Kohlenwasserstoffen mittels Reformierung und Chemical Looping (RESC-Prozess) untersucht.
Zur Materialentwicklung für Katalysatoren und Speichermaterialien, welche ebenfalls innerhalb der Forschungsgruppe betrieben wird, steht ein voll ausgestattetes nasschemisches Labor zur anorganischen und organischen Synthese und Charakterisierung von Materialien zur Verfügung. Mehrere Versuchsanlagen werden zur Systemanalyse, der erweiterten Materialcharakterisierung und zur Durchführung von Lebensdauertests von Katalysatoren von Metalloxiden genutzt.

Prof. Viktor Hacker
Institut für Chemische Verfahrenstechnik und Umwelttechnik
+43 (316) 873 - 8780
viktor.hacker@tugraz.at
http://www.ceet.tugraz.at/fuelcells
Kontaktaufnahme:
Prof. Viktor Hacker
E-Mail: viktor.hacker@tugraz.at
Tel: +43 (0)316 873 8780
Wasserstoffspeicher - Ionic liquids for hydrogen storage systems
https://online.tugraz.at/tug_online/fdb_detail.ansicht?cvfanr=F32001&cvorgnr=2302&sprache=2

SECOND ACT - Simulation, Statistics and Experiments Coupled to develop Optimized aNd Durable µCHP systems using ACcelerated Tests
https://online.tugraz.at/tug_online/fdb_detail.ansicht?cvfanr=F34150&cvorgnr=2302&sprache=2

PEM REX S - PEM Range Extender System
https://online.tugraz.at/tug_online/fdb_detail.ansicht?cvfanr=F34613&cvorgnr=2302&sprache=2

ISALIB - Intrinsic Safety of Automotive Li-Ion Batteries
https://online.tugraz.at/tug_online/fdb_detail.ansicht?cvfanr=F34614&cvorgnr=2302&sprache=2

ASYSII - SOFC APU System Development II
https://online.tugraz.at/tug_online/fdb_detail.ansicht?cvfanr=F34652&cvorgnr=2267&sprache=2

MEA Power - Resource-saving composite materials for stationary PEM fuel cells with increased power density and long-term stability
https://online.tugraz.at/tug_online/fdb_detail.ansicht?cvfanr=F35393&cvorgnr=2302&sprache=2

MeStRex - Metallic Stack for Range Extender
https://online.tugraz.at/tug_online/fdb_detail.ansicht?cvfanr=F35897&cvorgnr=2267&sprache=2

LUZIFLOW - Zinc/air redox flow battery with new electrolytes for the storage of regenerative energy and the net stabilisation
https://online.tugraz.at/tug_online/fdb_detail.ansicht?cvfanr=F35976&cvorgnr=2302&sprache=2

FC Diamond - PEM Fuel Cell DegradatIon Analysis and MinimizatiON MethoDology Based on Joint Experimental and Simulation Techniques
https://online.tugraz.at/tug_online/fdb_detail.ansicht?cvfanr=F35997&cvorgnr=2302&sprache=2

HyStORM - Hydrogen Storage via Oxidation and Reduction of Metals
https://online.tugraz.at/tug_online/fdb_detail.ansicht?cvfanr=F36751&cvorgnr=37&sprache=2

SoH4PEM - State of Health of fuel cell stack
https://online.tugraz.at/tug_online/fdb_detail.ansicht?cvfanr=F37651&cvorgnr=&sprache=2

KEYTECH4EV - Development and Demonstration of Key Technologies for Low-cost Electric Vehicle Platforms
https://online.tugraz.at/tug_online/fdb_detail.ansicht?cvfanr=F37669&cvorgnr=37&sprache=2

PROTECT - Performance-Recovery Strategy & Advanced Control for Efficient Fuel Cell Operation
https://online.tugraz.at/tug_online/fdb_detail.ansicht?cvfanr=F38982&cvorgnr=2302&sprache=2

GODEFC - Graphene oxide based MEAs for the direct ethanol fuel cell
https://online.tugraz.at/tug_online/fdb_detail.ansicht?cvfanr=F40027&cvorgnr=2302&sprache=2

HyPE–FC - High performance fuel cells for road, rail and boat traffic
https://online.tugraz.at/tug_online/fdb_detail.ansicht?cvfanr=F40833&cvorgnr=2302&sprache=2
Recent research:

http://orcid.org/0000-0001-5956-7579
https://online.tugraz.at/tug_online/voe_main.PersVoes?pAnzeige=BFZ&pPersonNr=354&pSiteNr=1014220&pPageNr=1

Low temperature fuel cells:

Hacker, V.; Wallnöfer-Ogris, E.; Brandstätter, H.; Perchthaler, M.:
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G. Voitic, S. Nestl, K. Malli, J. Wagner, B. Bitschnau, F.A. Mautner, V. Hacker, High purity pressurised hydrogen production from syngas by the steam-iron process, RSC Adv. 6 (2016) 53533–53541. doi:10.1039/c6ra06134f.

Books, Book chapters and reviews:

Fuel Cells and Hydrogen - 1st Edition - From Fundamentals to Applied Research, Editors: Viktor Hacker, Shigenori Mitsushima, Elsevier, 2018, ISBN 9780128114599, doi:10.1016/B978-0-12-811459-9.09988-6.

Hacker, V.; Bodner, M.; Schenk, A.:
Integration of a Membrane Reactor with a Fuel Cell. - in: Integrated Membrane Systems and Processes., 2015, Editors: Angelo Basile, Catherine Charcosset

Bodner, M.; Hofer, A.; Hacker, V.:
H2 generation from alkaline elctrolyzer. - in: Wiley interdisciplinary reviews / Energy and enviroment, 2015, 4, S. 365 - 381

Hacker, V.; Schenk, A.; Fraser, S.; Kordesch, K.: Cells and Stacks. - in: Reference Module in Chemistry, Molecular Sciences and Chemical Engineering, 2015