The dynamics of hydrogen gas bubbles growing during electrolysis in H 2 SO 4 on a Pt microelectrode are studied in detail by electrochemical, shadowgraphy and PIV methods. The bubble evolution under potentiostatic conditions is presented in terms of electric current, images and radius of the growing bubble, and the velocity profiles. It allowed to resolve the carpet of microbubbles underneath the growing bubble, the transition to a new oscillatory growth regime and a Marangoni convection around the bubble foot. To substantiate the effect of coalescence and of the electrostatic effect on the bubble departure diameter, a salt (sodium sulfate) was added to regulate the pH and the ionic strength of the electrolyte.

The usage of “green” hydrogen as a sustainable alternative to empower vehicles is a promising option for the strongly required reduction of CO2-emissions in the transport sector. For the successful introduction of such new technology, user acceptance is known to be one crucial factor. The presented online survey (N = 207) investigated (1) potential barriers and drivers for the uptake of fuel cell electric vehicles (FCEVs) and (2) the effect of prior knowledge about FCEVs. Generally, respondents reported aspects connected to environmental friendliness to be main drivers and infrastructural factors (e.g., missing hydrogen stations) as main barriers connected with FCEVs independently from prior knowledge. Besides, results revealed considerable differences between participants with little vs. considerable prior knowledge implying a negative effect of less knowledge in terms of more skeptical assessments. Hence, measures enhancing knowledge about and experience with FCEVs might positively affect perceived barriers and drivers of FCEVs. / Die Nutzung von „grünem“ Wasserstoff als eine nachhaltige Alternative des Antriebs von Fahrzeugen ist eine vielversprechende Möglichkeit für die dringend notwendige Reduktion von CO2-Emissionen im Transportsektor. Für den Erfolg der Einführung solch neuer Technologien ist die Nutzerakzeptanz von entscheidender Bedeutung. In diesem Zusammenhang untersuchte die vorliegende Onlinestudie (N = 207) (1) potentielle Barrieren und Motivatoren für die Akzeptanz von Brennstoffzellenfahrzeugen und (2) den Effekt von individuellem Vorwissen hinsichtlich Brennstoffzellenfahrzeugen. Unabhängig vom jeweiligen Vorwissen berichteten die Befragten Aspekte im Zusammenhang mit der Umweltfreundlichkeit der Fahrzeuge als Hauptmotivatoren und Faktoren hinsichtlich der Infrastruktur (z.B. fehlende Wasserstofftankstellen) als Hauptbarrieren. Daneben zeigten sich aber auch erhebliche Unterschiede zwischen Personen mit viel und wenig Vorwissen, die durch negativere Bewertungen von Personen mit wenig Vorwissen gekennzeichnet sind. Folglich können möglicherweise Maßnahmen, die den Erwerb von Wissen über und die Erfahrung mit Brennstoffzellenfahrzeugen unterstützen, wahrgenommene Barrieren und Motivatoren von Brennstoffzellenfahrzeugen positiv beeinflussen.

The manufacturing process of membrane electrode assembly (MEA) generally takes place under climate control, as the base material used for membranes is well known for its hygroscopic properties. The large climate-controlled area for the whole assembly line does not only increase energy consumption, but also limits the further scalability of the production line. Within this article, a micro-environment concept for the MEA production based on a roll-to-roll (R2R) process was investigated. By using the Finite Element Method, a 3D numerical model has been established, in which the local climate control on different MEA production processes is covered. In particular, the influence of humidity on dimensional changes of the CCM, which in turn cause product deformation, is simulated. In addition, a gravimetric method was used to experimentally investigate the moisture absorption and release behavior of the MEA components under defined climatic conditions.

A heating technology was combined with forming processes to enlarge the formable channel depth of metallic bipolar plates in two process routes. To apply a rapid heating process, electrical resistance heating was chosen and integrated into a forming tool. With a hot forming as well as a two-stage forming process with annealing, two different process routes are presented. According to the results, the technology of resistance heating is well suited for the improvement of the formable channel depth. For both process routes, an increase in forming depth was demonstrated. In hot forming, the channel depth could be improved by up to 50% depending on geometrical parameters of the tool as well as the state of temperature of the sheet. / Zur Vergrößerung der umformbaren Kanaltiefe von metallischen Bipolarplatten wurde eine Erwärmungstechnologie mit dem Umformprozess kombiniert. Zur Anwendung eines schnellen Erwärmungsprozesses wurde die elektrische Widerstandserwärmung gewählt und in ein Umformwerkzeug integriert. Mit der Warmumformung sowie einem zweistufigen Umformprozess mit Zwischenglühen wurden zwei unterschiedliche Prozessrouten analysiert. Die Ergebnisse zeigen, dass die Technologie der Widerstandserwärmung für eine Verbesserung der umformbaren Kanaltiefe geeignet ist. Für beide Prozessrouten konnte eine Erhöhung der Umformtiefe nachgewiesen werden. Bei der Warmumformung konnte die Kanaltiefe in Abhängigkeit der geometrischen Parameter des Werkzeugs sowie des Temperaturzustands des Blechs um bis zu 50% verbessert werden.

The results of the measurements presented in this manuscript show that none of the coatings has a significant impact on the performance degradation over the course of cell reversal cycling. However, for the EOL polarization curves, the voltage is significantly decreased for the carbon coatings compared to the Au coating. Further experiments should be performed here to determine if these are measurement inaccuracies or if the trend is confirmed. The BIP coatings Cr/a-C also perform worse in the resistance measurements of the HFR and ICR, with the pre-coat variant having the highest values after the tests. The surface changes, which can be seen in the area of the BIP deflections, probably also have an influence here. These appear to be more distinct for the BIP coating Cr/a-C pre-coat. Here, it should be analyzed in more detail how the surface changes and whether metal ions can emerge. The use of the BIP coatings Cr/a-C post- and pre-coat offers a lot of potential, both economically and technically, but cannot be recommended without reservation, as further investigations are still required. / Die Ergebnisse der in diesem Manuskript vorgestellten Messungen zeigen, dass keine der Beschichtungen einen signifikanten Einfluss auf die Leistungsverschlechterung im Verlauf der Cell Reversal Zyklen hat. Bei den EOL Polarisationskurven ist die Spannung bei den Kohlenstoffbeschichtungen jedoch deutlich niedriger als bei der Au-Beschichtung. Hier sollten weitere Experimente durchgeführt werden, um festzustellen, ob es sich um Messungenauigkeiten handelt oder ob der Trend bestätigt wird. Die BIP-Beschichtungen Cr/a-C schneiden auch bei den Widerstandsmessungen des HFR und ICR schlechter ab, wobei die pre-coat nach den Tests die höchsten Werte aufweist. Wahrscheinlich haben auch hier die Oberflächenveränderungen, die im Bereich der BIP Umlenkungen zu sehen sind, einen Einfluss. Diese scheinen bei der BIP Beschichtung Cr/a-C pre-coat deutlicher ausgeprägt zu sein. Hier sollte noch genauer analysiert werden, wie sich die Oberfläche verändert und ob Metallionen austreten können. Der Einsatz der BIP Beschichtungen Cr/a-C post- und pre-coat bietet sowohl wirtschaftlich als auch technisch viel Potenzial, kann aber nicht uneingeschränkt empfohlen werden, da noch weitere Untersuchungen erforderlich sind.

For an economically sustainable fuel cell commercialization, robust manufacturing processes are essential. As current quality control is time-consuming and costly for manufacturers, standardized solutions are required that reduce cycle times needed to determine cell quality. With existing studies examining durability in field use, little is known about end-of-line detection of cell malfunctions. Applying machine learning algorithms to analyse performance measures of 3600 PEM fuel cells, this work presents a concept to automatically classify produced fuel cells according to cell performance indicators. Using a deep learning autoencoder and the extreme gradient boosting algorithm for anomaly detection and cell classification, models are created that detect cells associated with potential cell malfunctions. The work shows that the models developed predict key performance features in an early stage of the quality control phase and contributes to the overall goal of achieving cycle time reduction for manufacturers quality control procedures. / Für eine wirtschaftlich nachhaltige Kommerzialisierung von Brennstoffzellen sind robuste Herstellungsprozesse unerlässlich. Da die derzeitige Qualitätskontrolle zeitaufwändig und kostenintensiv ist, sind standardisierte Lösungen erforderlich. Während bisherige Arbeiten vorwiegend Lebensdaueruntersuchungen durchführen, ist nur wenig über die Erkennung von Zellfehlfunktionen am Ende der Produktionslinie bekannt. Durch die Anwendung von Algorithmen des maschinellen Lernens zur Analyse der Leistungsdaten von 3600 PEM-Brennstoffzellen wird in dieser Arbeit ein Konzept zur automatischen Klassifizierung produzierter Brennstoffzellen anhand von Leistungsindikatoren der Zellen vorgestellt. Unter Verwendung eines Deep-Learning-Autoencoders und des Extreme-Gradient-Boosting-Algorithmus zur Erkennung von Anomalien und zur Klassifizierung von Zellen werden Modelle erstellt, die Zellen erkennen, die mit potenziellen Zellfehlfunktionen in Verbindung stehen. Die Arbeit zeigt, dass die entwickelten Modelle wichtige Leistungsmerkmale in einem frühen Stadium der Qualitätskontrollphase vorhersagen und zum Gesamtziel der Reduzierung der Zykluszeit für die Qualitätskontrollverfahren der Hersteller beitragen.

Digitally controlled inkjet printing technology has attractive features for the production of catalyst coated membranes (CCM) for application either in electrolysers or in fuel cells. There are a number of unique features: pattern like coating for effective use of expensive materials like platinum or iridium, direct deposition onto membrane material, non-impact printing, easy change of pattern design, and ability to generate catalytic gradients. Employing inkjet printing technology enables the manufacturing of catalytic layers as well as other components. The challenges are to evaluate process-compatible inks as well as processing parameters. / Die digital gesteuerte Inkjetdrucktechnologie hat attraktive Eigenschaften für die Herstellung von katalysatorbeschichteten Membranen (CCM), die entweder in Elektrolyseuren oder in Brennstoffzellen eingesetzt werden. Es gibt eine Reihe einzigartiger Merkmale: mustergenaue Beschichtung für den effektiven Einsatz teurer Materialien wie Platin oder Iridium, direkte Bedruckung des Membranmaterials, berührungsfreies Drucken, einfache Änderung des Druckdesigns und die Fähigkeit, katalytische Gradienten zu erzeugen. Der Einsatz der Inkjetdrucktechnologie ermöglicht die Herstellung von katalytischen Schichten und anderen Komponenten. Die Herausforderungen bestehen darin, prozesskompatible Tinten sowie Verarbeitungsparameter zu evaluieren.

Air bearing radial turbo (also called centrifugal) compressors prevail in most mobile fuel cell air supply applications due to the small size and weight, the high efficiency and the oil- and maintenance free operation. An important aspect in mobile fuel cell applications is the vibration resistance of all system components, including the compressor, with vibration requirements up to 20 g in automotive applications. This paper gives the background of the air bearing vibration characteristics, depicting the dependencies of vibration resistance on inlet conditions and operating points. The critical operating conditions concerning vibration resistance are identified, and it is outlined how vibration requirements can be included in the design process of an air bearing turbo compressor. A visualization of vibration resistance in the commonly used compressor map is presented, allowing the fuel cell system integrator to take qualified decisions for the mechanical integration of the compressor concerning vibrations.

Die zweite Chemnitzer Brennstoffzellenkonferenz wurde vom Innovationscluster HZwo und dem Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU durchgeführt. Ausgewählte Fachbeiträge und Präsentationen werden in Form eines Tagungsbandes veröffentlicht. / The second fuel cell conference was initiated by the innovation cluster HZwo and the Fraunhofer Institute for Machine Tools and Forming Technology. Selected lectures and presentations are published in the conference proceedings.

In der vorliegenden Arbeit wird eine Synthese-Vorauslegungsmethode beschrieben, mit der für individuelle Anforderungsprofile in einem frühen Entwicklungsprozess eine methodische Generierung von Lösungsvarianten für Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzellen-Stacks erfolgt. Hierzu werden Parametervariationen auf Basis Kanalquerschnitts- und Flussfeldmodellen durchgeführt. Weiterhin werden Berechnungsmodule genutzt, um individuelle konstruktive und verfahrenstechnische Kennwerte der jeweiligen Lösungsvarianten zu bestimmen, unter anderem hinsichtlich GDL-Intrusionseffekten, hydraulischer Druckabfälle, der Umformschädigung metallischer Kanalstrukturen sowie der Berechnung der Flussfeldüberdeckungsbereiche zweier kombinierter Flussfelder. Auf Basis der Variantenkennwerte erfolgen wichtungsbasierte Bewertungsprozesse, aus denen gesamtheitliche Vorzugslösungen resultieren. In einem Beispielszenario wird die Anwendung der präsentierten Synthese-Vorauslegungsmethode exemplarisch dargestellt sowie die experimentellen Ergebnisse zur Charakterisierung der real umgesetzten Vorzugslösung aufgezeigt.:1 Einleitung und Motivation 2 Stand der Wissenschaft und Technik 3 Grundlagen von PEM-BZ 4 Synthese-Auslegungsmethode 5 Berechnungsmodule 6 Anwendung der Synthese-Methode 7 Schlussbetrachtungen