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 - Arlt, Tobias A1 - Manke, I. A1 - Wippermann, K. A1 - Tötzke, C. A1 - Markötter, H. A1 - Riesemeier, Heinrich A1 - Mergel, J. A1 - Banhart, J. T1 - Investigation of the three-dimensional ruthenium distribution in fresh and aged membrane electrode assemblies with synchrotron X-ray absorption edge tomography N2 - Synchrotron X-ray absorption edge imaging was used to investigate the ruthenium distribution in both fresh and aged Pt/Ru-based membrane electrode assemblies (MEA) of direct methanol fuel cells. MEAs aged in different ways were analyzed: artificially aged by MeOH depletion and aged for 1700 h in an operating fuel cell stack. An element sensitive tomographic technique – differential X-ray absorption edge tomography – was applied allowing for a 3D-visualization of the ruthenium distribution within the MEA. We found a markedly changed Ru distribution after aging which is correlated to the GDL structure, the flow field geometry, and CO2 transport in the methanol solution. KW - Edge tomography KW - Ruthenium distribution KW - Direct methanol fuel cells KW - Synchrotron X-ray KW - PtRu corrosion PY - 2011 U6 - https://doi.org/10.1016/j.elecom.2011.05.013 SN - 1388-2481 VL - 13 IS - 8 SP - 826 EP - 829 PB - Elsevier B.V. CY - Amsterdam AN - OPUS4-25243 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 - Arlt, Tobias A1 - Manke, I. A1 - Wippermann, K. A1 - Riesemeier, Heinrich A1 - Mergel, J. A1 - Banhart, J. T1 - Investigation of the local catalyst distribution in an aged direct methanol fuel cell MEA by means of differential synchrotron X-ray absorption edge imaging with high energy resolution N2 - Synchrotron X-ray absorption edge imaging with high energy resolution was applied to study aging of fuel cell catalyst materials. The combination of an imaging and a high X-ray energy resolution set-up allows acquiring spatially resolved XAS (XANES and EXAFS) spectra. We analyzed the two-dimensional distribution of Pt and Ru in fresh and aged fuel cell catalysts. Spatially resolved XAS images were taken at the RuK edge and at the PtL3 edge. Taking radiographs above and below the absorption edges provides quantitative information about the thickness of the catalytic materials and additional chemical information. A strong influence of the flow field channels and the structure of the gas diffusion layers on the thicknesses of the catalytic elements were found: a thinner catalyst layer was found below the ribs of the flow field geometries as well as under crossing points of fiber bundles of the woven gas diffusion layers. KW - XAS KW - X-ray energy edge KW - Membrane electrode assembly KW - Direct methanol fuel cell KW - Aging mechanism KW - X-ray synchrotron radiography PY - 2013 U6 - https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2012.08.038 SN - 0378-7753 VL - 221 SP - 210 EP - 216 PB - Elsevier CY - Amsterdam [u.a.] AN - OPUS4-27372 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 - Arlt, Tobias A1 - Manke, I. A1 - Wippermann, K. A1 - Schröder, A. A1 - Mergel, J. A1 - Riesemeier, Heinrich A1 - Banhart, J. T1 - Röntgen-Kanten-Tomografie und -Radiografie zur Untersuchung von Alterungseffekten in Brennstoffzellenmaterialien KW - Resolution neutron-radiography KW - Local current distribution KW - Water transport KW - Carbon-dioxide KW - Methanol KW - Platinum KW - Oxidation PY - 2010 SN - 0025-5300 VL - 52 IS - 10 SP - 692 EP - 697 PB - Hanser CY - München AN - OPUS4-23045 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 -