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 - JOUR A1 - Markötter, H. A1 - Manke, I. A1 - Krüger, P. A1 - Arlt, Tobias A1 - Huassmann, J. A1 - Klages, M. A1 - Riesemeier, Heinrich A1 - Hartnig, C. A1 - Scholta, J. A1 - Banhart, J. T1 - Investigation of 3D water transport paths in gas diffusion layers by combined in-situ synchrotron X-ray radiography and tomography N2 - The three-dimensional water distribution and water transport paths in the gas diffusion layer (GDL) and the adjacent micro-porous layer (MPL) of a polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC) were analyzed during cell operation. The technique of quasi in-situ X-ray tomography was used for a 3D visualization of the water distribution and the structure of the GDL at different operating conditions. Based on findings from in-situ radiographic measurements water transport paths were detected and subsequently examined by tomography. The combination of these 2D and 3D techniques allows for a fully three-dimensionally resolved visualization of transport paths through the GDL. KW - Polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC) KW - Radiography KW - Tomography KW - Synchrotron X-ray imaging KW - Gas diffusion layer (GDL) KW - Water transport paths PY - 2011 U6 - https://doi.org/10.1016/j.elecom.2011.06.023 SN - 1388-2481 VL - 13 IS - 9 SP - 1001 EP - 1004 PB - Elsevier B.V. CY - Amsterdam AN - OPUS4-25244 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Tötzke, C. A1 - Manke, I. A1 - Hartnig, C. A1 - Kuhn, R. A1 - Riesemeier, Heinrich A1 - Banhart, J. T1 - Investigation of carbon fiber gas diffusion layers by means of synchrotron X-ray tomography N2 - The 3-dimensional spatial distribution of liquid water in different gas diffusion layer (GDL) materials was analyzed using synchrotron X-ray tomography. The capability of the method was demonstrated by virtually separating the GDL components in order to facilitate individual analysis of fiber material, liquid water and gas filled pore spaces. The influence of hydrophobic surface treatment on the water distribution in the GDL was illustrated by analyzing three GDL materials with different degrees of hydrophobicity. In the least hydrophobic sample, liquid water tends to form larger clusters which stretch out about several hundred µm inside the porous GDL. In contrast, only small water clusters were found in the strongly hydrophobic material with high Polytetrafluoroethylene (PTFE)-content as the liquid is partially pressed out of the GDL. Additionally, the influence of fiber orientation on the water distribution in the felt material was demonstrated. KW - Synchrotron X-ray tomography KW - Fuel cell KW - Gas diffusion layer (GDL) materials KW - Analysis of fiber material PY - 2011 U6 - https://doi.org/10.1149/1.3635571 SN - 1938-6737 SN - 1938-5862 VL - 41 IS - 1 SP - 379 EP - 386 CY - Pennington, NJ, USA AN - OPUS4-25348 LA - eng 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 - JOUR A1 - Markötter, H. A1 - Manke, I. A1 - Haußmann, J. A1 - Arlt, Tobias A1 - Klages, M. A1 - Krüger, P. A1 - Hartnig, C. A1 - Scholta, J. A1 - Müller, Bernd R. A1 - Riesemeier, Heinrich A1 - Banhart, J. T1 - Combined synchrotron X-ray radiography and tomography study of water transport in gas diffusion layers N2 - Synchrotron X-ray radiography and tomography investigations of a custom-made polymer electrolyte membrane fuel cell optimised for visualisation purposes are presented. The 3D water distribution and transport pathways in the porous carbon fibre gas diffusion layers (GDLs) were investigated. The authors found that water is not only moving from the GDL into the channel, but can also take the opposite way, that is, from the channel into free pore space of the GDL. Such movement of water into the opposite direction has been subject of speculations but has so far not yet been reported and might bring new insights into the general water transport behaviour, which might give new aspects to the general description of water transport processes and influence modelling assumptions to describe the process taking place in the GDL. KW - Synchrotron radiography KW - Synchrotron tomography KW - Gas diffusion layers KW - Water transport PY - 2012 U6 - https://doi.org/10.1049/mnl.2012.0410 SN - 1750-0443 VL - 7 IS - 7 SP - 689 EP - 692 PB - IET CY - London AN - OPUS4-26282 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Hartnig, C. A1 - Manke, I. A1 - Kardjilov, N. A1 - Müller, Bernd R. A1 - Riesemeier, Heinrich A1 - Banhart, J. A1 - Lehnert, W. T1 - Investigation of the water distribution in porous structures for fuel cell applications by means of sychrotron tomography T2 - 26. BESSY Usermeeting CY - Berlin, Germany DA - 2008-12-07 PY - 2008 AN - OPUS4-18523 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Hartnig, C. A1 - Goebbels, Jürgen A1 - Riesemeier, Heinrich A1 - Müller, Bernd R. A1 - Banhart, J. A1 - Manke, I. A1 - Lehnert, W. T1 - Water in gas diffusion layers of PEM fuel cells - a combined experimental and theoretical study T2 - 26. BESSY Usermeeting CY - Berlin, Germany DA - 2008-12-06 PY - 2008 AN - OPUS4-18524 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Hartnig, C. A1 - Kuhn, R. A1 - Krüger, P. A1 - Manke, I. A1 - Kardjilov, N. A1 - Goebbels, Jürgen A1 - Müller, Bernd R. A1 - Riesemeier, Heinrich T1 - Wassermanagement in Brennstoffzellen - die Bedeutung von hochauflösenden zerstörungsfreien Untersuchungsmethoden N2 - Ein effektives Wassermanagement ist ein wichtiger Aspekt in der Entwicklung von Brennstoffzellen hinsichtlich Langzeitstabilität und Optimierung der Leistungsfähigkeit. Eine zentrale Rolle spielt dabei die Gasdiffusionslage, die für die gleichmäßige Verteilung der Reaktionsgase auf die elektrochemisch aktive Schicht (Katalysator) sorgen soll. In diesem Beitrag werden gemeinsame Forschungsaktivitäten des Helmholtz-Zentrums Berlin für Materialien und Energie (Entwicklung bildgebender Verfahren) sowie des Zentrums für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung (ZSW, Entwicklung von Brennstoffzellen) vorgestellt. Im Rahmen dieser Kooperation werden die Entstehung, die Verteilung und der Transport von flüssigem Wasser, kurz das Wassermanagement, unter Betriebsbedingungen untersucht. Mittels Synchrotronradiografie und -tomografie werden kleinste Wassercluster in der Gasdiffusionslage detektiert. Die gewonnenen Erkenntnisse dienen der Modifikation und einer gezielten Auswahl der eingesetzten Materialien. KW - Synchrotronstrahlung KW - Brennstoffzellen KW - Materialcharakterisierung KW - Zerstörungsfrei PY - 2008 SN - 0025-5300 VL - 50 IS - 10 SP - 609 EP - 614 PB - Hanser CY - München AN - OPUS4-18656 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Manke, I. A1 - Hartnig, C. A1 - Kardjilov, N. A1 - Hilger, A. A1 - Lange, Axel A1 - Kupsch, Andreas A1 - Banhart, J. T1 - Wasserverteilung in PEM-Brennstoffzellen - In-situ-Untersuchung mit Neutronenradiografie und -tomografie N2 - In-situ-Neutronenradiografie wird erfolgreich eingesetzt, um flüssiges Wasser in Niedertemperatur-PEM-Brennstoffzellen während des Betriebs zerstörungsfrei abzubilden und das sogenannte Wassermanagement – eine der größten Herausforderungen der Entwicklung – durch Anpassung der Materialeigenschaften zu optimieren. Dabei werden die besonderen Eigenschaften der Neutronen genutzt, die metallische Bauteile relativ leicht durchdringen, während selbst kleine Wassermengen durch ihre starke Streuung leicht nachweisbar sind. Die relativ langen Messzeiten für die Neutronentomografie werden durch den Betrieb der Zelle im “angehaltenen” Zustand realisierbar, sodass die dreidimensionale Wasserverteilung darstellbar wird. KW - Neutronen-Radiographie KW - Neutronen-Tomographie KW - Tomographische Rekonstruktionsalgorithmen KW - Brennstoffzellen KW - In-Situ-Radiologie PY - 2009 SN - 0025-5300 VL - 51 IS - 4 SP - 219 EP - 226 PB - Hanser CY - München AN - OPUS4-19221 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Manke, I. A1 - Hartnig, C. A1 - Kardjilov, N. A1 - Riesemeier, Heinrich A1 - Goebbels, Jürgen A1 - Kuhn, R. A1 - Krüger, P. A1 - Banhart, J. T1 - In situ synchrotron X-ray radiography investigations of water transport in PEM fuel cells N2 - Water transport in an operating PEM fuel cell was investigated with synchrotron X-ray radiography with a spatial resolution of 3 µm and a temporal resolution of 5 s. This method allows for the detection of water accumulations with less than 10 µm diameter. We demonstrate that synchrotron X-ray imaging can dramatically expand the possibilities of imaging with high spatial and time resolution, especially as a complement to neutron radiography. Water transport processes from the first appearance of small water accumulations in the gas diffusion layer to their transport into the channel system were analysed in situ. Correlations between local effects such as water formation and operating conditions of the whole system, e.g. power variations, were found. A recently described eruptive water transport mechanism is analysed in detail. KW - Fuel cell KW - Gas diffusion layer KW - Imaging KW - Synchrotron KW - X-ray radiography KW - Two-phase flow KW - Water transport PY - 2010 U6 - https://doi.org/10.1002/fuce.200800123 SN - 1615-6846 SN - 1615-6854 VL - 10 IS - 1 SP - 26 EP - 34 PB - Wiley-VCH CY - Weinheim AN - OPUS4-22730 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Hartnig, C. A1 - Manke, I. A1 - Schloesser, J. A1 - Krüger, P. A1 - Kuhn, R. A1 - Riesemeier, Heinrich A1 - Wippermann, K. A1 - Banhart, J. T1 - High resolution synchrotron X-ray investigation of carbon dioxide evolution in operating direct methanol fuel cells N2 - The carbon dioxide evolution and bubble formation in an operating fuel has been studied by means of synchrotron X-ray radiography. Two different observation directions have been chosen: a through-plane insight has been employed to track the formation of bubbles starting at the corner of the lands of the flow field; a depth profile of the carbon dioxide evolution has been derived from cross sectional studies describing an affected area of up to 100 µm. The dynamics of the bubble formation and detachment of the bubbles from the position of formation is strongly correlated with the current density. Cracks and breaks in the catalyst layer which result from the preparation process are visible under operating conditions and a possible swelling of the catalyst layer does not reach a complete vanishing of the cracks. KW - DMFC KW - Carbon dioxide evolution KW - Synchrotron radiography KW - In situ study KW - Cross section KW - Through-plane PY - 2009 U6 - https://doi.org/10.1016/j.elecom.2009.05.047 SN - 1388-2481 VL - 11 IS - 8 SP - 1559 EP - 1562 PB - Elsevier CY - Amsterdam AN - OPUS4-20577 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Krüger, P. A1 - Markötter, H. A1 - Klages, M. A1 - Haußmann, J. A1 - Arlt, Tobias A1 - Riesemeier, Heinrich A1 - Hartnig, C. A1 - Banhart, J. A1 - Manke, I. A1 - Scholta, J. T1 - Dreidimensionale Untersuchung der Wasserverteilung in einer Miniatur-PEM-Brennstoffzelle KW - Resolution neutron-radiography KW - Local current distribution KW - Cells KW - Quantification PY - 2010 SN - 0025-5300 VL - 52 IS - 10 SP - 712 EP - 717 PB - Hanser CY - München AN - OPUS4-23044 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Markötter, H. A1 - Manke, I. A1 - Hartnig, C. A1 - Krüger, P. A1 - Wippermann, K. A1 - Arlt, Tobias A1 - Choinka, G. A1 - Riesemeier, Heinrich A1 - Banhart, J. T1 - Hochauflösende Synchrotron-Radiografie KW - PEM Fuel-cells KW - Local current distribution KW - Neutron imaging technique KW - Water transport PY - 2010 SN - 0025-5300 VL - 52 IS - 10 SP - 698 EP - 704 PB - Hanser CY - München AN - OPUS4-23046 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -