TY - JOUR A1 - Markötter, H. A1 - Manke, I. A1 - Kuhn, R. A1 - Arlt, Tobias A1 - Kardjilov, N. A1 - Hentschel, Manfred P. A1 - Kupsch, Andreas A1 - Lange, Axel A1 - Hartnig, C. A1 - Scholta, J. A1 - Banhart, J. T1 - Neutron tomographic investigations of water distributions in polymer electrolyte membrane fuel cell stacks N2 - Neutron tomography was applied to study the 3D water distribution in full polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC) stacks. The water distribution after switch-off of the fuel cell was analyzed over a period of 36 h. We found a slowly increasing water amount in the fuel cell, but only few changes within a time period of 5 h, which is about the time necessary for neutron tomography. In this way, the requirement for successful tomography was obtained. It is demonstrated how the quasi in-situ tomography technique enables us to study the water content in individual flow field channels of three-fold stacks. Flow field as well as stack design issues are addressed by this visualization method showing weak points due to a non-uniform water distribution that can be identified by means of neutron imaging. KW - Radiography KW - Tomography KW - Neutron imaging KW - Polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC) KW - Manifold stack KW - Water management PY - 2012 U6 - https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2012.07.043 SN - 0378-7753 VL - 219 SP - 120 EP - 125 PB - Elsevier CY - Amsterdam [u.a.] AN - OPUS4-26317 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Arlt, Tobias A1 - Grothausmann, R. A1 - Manke, I. A1 - Markötter, H. A1 - Hilger, A. A1 - Kardjilov, N. A1 - Tötzke, C. A1 - Banhart, J. A1 - Kupsch, Andreas A1 - Lange, Axel A1 - Hentschel, Manfred P. A1 - Krüger, P. A1 - Haußmann, J. A1 - Hartnig, C. A1 - Wippermann, K. T1 - Tomografische Methoden für die Brennstoffzellenforschung N2 - Aufgrund des hohen Wirkungsgrades und der vielfältigen Einsatzmöglichkeiten können Brennstoffzellen einen wichtigen Beitrag zur zukünftigen Energieversorgung leisten. Für die Optimierung der Brennstoffzellentechnik ist es erforderlich, die während des Zellbetriebs ablaufenden Prozesse zu verstehen und exakt zu charakterisieren. Ein ausbalanciertes Wassermanagement ist die Grundlage für die optimale Leistungsfähigkeit einer wasserstoffbetriebenen Zelle. Das während des Betriebs entstehende Wasser muss die Membran ausreichend befeuchten, um deren Protonenleitfähigkeit aufrechtzuerhalten. Andererseits behindern zu große Wasseransammlungen in der Zelle die Gaszufuhr durch die porösen Materialien sowie in den Kanälen der Gasverteilerstrukturen. Alterungsphänomene einzelner Zellkomponenten können die Verteilung der Wasseransammlungen und somit das Wassermanagement empfindlich stören und so die Leistungsfähigkeit der Brennstoffzelle herabsetzen. Zur Analyse der Wasserverteilung werden zerstörungsfreie, bildgebende Methoden, wie die Ex-situ-Neutronentomografie und die In-situ-Synchrotronradiografie, eingesetzt. Diese Methoden können während des Brennstoffzellenbetriebs mit weiteren Messverfahren, beispielsweise der ortsaufgelösten Stromdichtemessung, kombiniert werden. Auf diese Weise werden einzelne Komponenten, wie zum Beispiel die Gasdiffusionsschichten, charakterisiert. KW - Computertomographie KW - Elektronentomographie KW - Neutronentomographie KW - Brennstoffzelle KW - Stromdichtemessung KW - Wassermanagement PY - 2013 U6 - https://doi.org/10.3139/120.110429 SN - 0025-5300 VL - 55 IS - 3 SP - 207 EP - 213 PB - Hanser CY - München AN - OPUS4-27950 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Arlt, Tobias A1 - Grothausmann, R. A1 - Manke, I. A1 - Markötter, H. A1 - Krüger, P. A1 - Haussmann, J. A1 - Hilger, A. A1 - Kardjilov, N. A1 - Hartnig, C. A1 - Kupsch, Andreas A1 - Lange, Axel A1 - Hentschel, Manfred P. A1 - Wippermann, K. A1 - Banhart, J. T1 - Tomografische Methoden für die Brennstoffzellenforschung N2 - Auf Grund des hohen Wirkungsgrades und der vielfältigen Einsatzmöglichkeiten stellen Brennstoffzellen sowie Brennstoffzellenverbünde eine vielversprechende Energiequelle dar. Daher ist es wichtig, die Prozesse während des Betriebs einer Brennstoffzelle exakt charakterisieren zu können, um diese im nächsten Schritt zu optimieren. So ist ein ausbalanciertes Wassermanagement in einer mit Wasserstoff betriebenen Zelle ausschlaggebend für ihre Leistungsfähigkeit. Für eine dauerhafte Leistungsfähigkeit muss das entstehende Wasser die Membran feucht halten, um so die Protonenleitfähigkeit aufrecht zu erhalten. Zu viel Wasser kann jedoch die Gaszufuhr durch die porösen Materialien in Richtung Membran verhindern. Alterungsphänomene der einzelnen Komponenten können dieses sensible Wassermanagement stören und so die Leistungsfähigkeit einer Brennstoffzelle herabsetzen. Zum tieferen Verständnis der Wasserverteilung werden zerstörungsfreie Methoden, wie zum Beispiel die ex situ Neutronentomografie oder die in situ Synchrotronradiografie eingesetzt. Letztere Methode kann während des Brennstoffzellenbetriebs in Kombination mit weiteren Messmethoden, wie der ortsaufgelösten Stromdichtemessung, eingesetzt werden. So können einzelne Brennstoffzellenkomponenten, wie die Gasdiffusionsschichten, charakterisiert werden. T2 - DGZfP-Jahrestagung 2011 CY - Bremen, Germany DA - 30.05.2011 KW - Computer-Tomographie KW - Rekonstruktionsalgorithmen KW - Röntgen-Kanten-Tomographie KW - Neutronen-Tomographie KW - Elektronen-Tomographie PY - 2011 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:b43-250023 SN - 978-3-940283-33-7 IS - DGZfP-BB 127 (P7) SP - 1 EP - 8 PB - Deutsche Gesellschaft für Zerstörungsfreie Prüfung (DGZfP) AN - OPUS4-25002 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Lange, Axel A1 - Hentschel, Manfred P. A1 - Kupsch, Andreas A1 - Manke, I. A1 - Kardjilov, N. A1 - Arlt, Tobias A1 - Grothausmann, R. T1 - Rekonstruktion limitierter CT-Datensätze von Brennstoffzellen mit DIRECTT T2 - DGZfP-Jahrestagung 2010 CY - Erfurt, Deutschland DA - 2010-05-10 KW - Computer-Tomographie KW - Rekonstruktionsalgorithmen KW - Neutronen-Tomographie KW - Elektronen-Tomographie PY - 2010 SN - 978-3-940283-26-9 IS - DGZfP-BB 122 (Mi.1.B.3) SP - 1 EP - 11 CY - Berlin AN - OPUS4-21864 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Kupsch, Andreas A1 - Lange, Axel A1 - Hentschel, Manfred P. A1 - Manke, I. A1 - Kardjilov, N. A1 - Arlt, Tobias A1 - Grothausmann, R. T1 - Rekonstruktion limitierter CT-Messdatensätze von Brennstoffzellen mit Directt N2 - Die Aufklärung spezifischer Fragestellungen zur Funktionalität von PEM(polymer electrolyte membrane)- und DMFC(Direct Methanol)-Brennstoffzellen bedarf der 3D-Abbildung der spezifischen Komponenten mit unterschiedlichen Strahlungsarten: des Wassergehalts in den Flow Fields mit Neutronen, der Katalysator-Alterung in der MEA (membrane electrode assembly) mit Synchrotronstrahlung und der freien (reaktiven) Katalysator-Oberfläche von Nano-Partikeln mit TEM-Elektronen-Tomografie. Diese Messungen im Bereich der mm- bis nm-Skala unterliegen dabei erheblichen Restriktionen: einer ortsabhängigen Verschmierung der Neutronenradiogramme, Manipulatorinstabilitäten der Synchrotronmessungen sowie einer Kombination von Limited-View-Datensätzen, wenigen Projektionswinkeln und teilweiser Nichtdurchstrahlbarkeit in der Elektronen-CT. Die Vorteile eines fortentwickelten Directt-Algorithmus für die Bewältigung dieser Randbedingungen gegenüber gefilterten Rückprojektionen werden aufgezeigt. KW - Computed tomography KW - Reconstruction algorithm KW - Electron tomography KW - Neutron tomography KW - Catalyst KW - Fuel cell PY - 2010 SN - 0025-5300 VL - 52 IS - 10 SP - 676 EP - 683 PB - Hanser CY - München AN - OPUS4-22070 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Kupsch, Andreas A1 - Lange, Axel A1 - Hentschel, Manfred P. A1 - Grothausmann, R. A1 - Arlt, Tobias A1 - Manke, I. T1 - High quality reconstruction of insufficient tomographic data by a new iterative procedure N2 - In order to demonstrate the challenging tasks in current R&D applications in the field of renewable energy sources experimental neutron and electron tomographic data sets of PEM fuel cell components are processed by an advanced version of the DIRECTT algorithm. The neutron measurements of the water distribution suffer from several intrinsic limitations such as massive position dependent focal smearing due to the large primary neutron beam aperture. Electron (TEM) tomography allows characterisation of nanometre sized catalyst particles but is hampered by the following restrictions: partial opacity, a limited sector of projections (missing wedge), very few projections, samples exceeding the detector size (region of interest) and improper angular alignment. Beyond the capabilities of other algorithms DIRECTT proves to overcome these essential reconstruction problems, in comparison to FBP and SIRT. Nevertheless, careful data pre-processing is an inevitable requirement in order to fully exploit the algorithm's potentials. T2 - 18th WCNDT - World conference on nondestructive testing CY - Durban, South Africa DA - 2012-04-16 KW - Iterative reconstruction KW - DIRECTT KW - Neutron tomography KW - Electron tomography KW - Focal smearing KW - Limited View KW - Opacity KW - Fuel cell KW - Renewable energy PY - 2012 UR - http://www.ndt.net/article/wcndt2012/papers/207_wcndtfinal00207.pdf SN - 978-0-620-52872-6 SP - 1 EP - 8(?) AN - OPUS4-25833 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Tötzke, C. A1 - Gaiselmann, G. A1 - Osenberg, M. A1 - Bohner, J. A1 - Arlt, Tobias A1 - Markötter, H. A1 - Hilger, A. A1 - Wieder, F. A1 - Kupsch, Andreas A1 - Müller, Bernd R. A1 - Hentschel, Manfred P. A1 - Banhart, J. A1 - Schmidt, V. A1 - Lehnert, W. A1 - Manke, I. T1 - Three-dimensional study of compressed gas diffusion layers using synchrotron X-ray imaging N2 - We present a synchrotron X-ray tomographic study on the morphology of carbon fiber-based gas diffusion layer (GDL) material under compression. A dedicated compression device is used to provide well-defined compression conditions. A flat compression punch is employed to study the fiber geometry at different degrees of compression. Transport relevant geometrical parameters such as porosity, pore size and tortuosity distributions are calculated. The geometric properties notably change upon compression which has direct impact on transport conditions for gas and fluid flow. The availability of broad 3D paths, which are most important for the transport of liquid water from the catalyst layer through the GDL, is markedly reduced after compression. In a second experiment, we study the influence of the channel-land-pattern of the flow-field on shape and microstructure of the GDL. A flow-field compression punch is employed to reproduce the inhomogeneous compression conditions found during fuel cell assembly. While homogenously compressed underneath the land the GDL is much less and inhomogeneously compressed under the channel. The GDL material extends far into the channel volume where it can considerably influence gas and fluid flow. Loose fiber endings penetrate deeply into the channel and form obstacles for the discharge of liquid water droplets. KW - Synchrotron X-ray tomography KW - Gas diffusion layer (GDL) KW - Microstructure KW - Water transport path KW - Pore size analysis KW - Geometrical tortuosity PY - 2014 U6 - https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2013.12.062 SN - 0378-7753 VL - 253 SP - 123 EP - 131 PB - Elsevier CY - Amsterdam [u.a.] AN - OPUS4-29979 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Lange, Axel A1 - Kupsch, Andreas A1 - Hentschel, Manfred P. A1 - Manke, I. A1 - Kardjilov, N. A1 - Arlt, Tobias A1 - Grothausmann, R. T1 - Reconstruction of limited computed tomography data of fuel cell components using direct iterative reconstruction of computed tomography trajectories N2 - CT (computed tomography) reconstructions of fuel cell components of a yet unrivaled spatial resolution and quality are presented. This is achieved by application of the novel DIRECTT (Direct Iterative Reconstruction of Computed Tomography Trajectories) algorithm. We focus on two different key issues which essentially rule the fuel cell's durability on different length scales and physical interactions. On the resolution scale of some 100 µm agglomerations of condensed water in flow-field channels are detected by means of quasi-in situ neutron CT (after operation). Five orders of magnitude below nanometer sized Ru catalyst particles on carbon black support are visualized by electron tomography. Both types of experiments are especially adapted to the type of material involved but they are accompanied by severe deviations from ideal CT measuring conditions, as well. In order to overcome the tremendous reconstruction artifacts of standard algorithms, we employ DIRECTT which is described in detail. Comparisons of DIRECTT reconstructions to the conventional filtered back projection, prove the significant improvements in both experimental methods. KW - PEM fuel cell KW - Neutron computed tomography KW - Electron tomography KW - Reconstruction algrorithm KW - Water management KW - Catalyst PY - 2011 U6 - https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2010.10.106 SN - 0378-7753 VL - 196 IS - 12 SP - 5293 EP - 5298 PB - Elsevier CY - Amsterdam [u.a.] AN - OPUS4-23589 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -