Neue Impedanzspektroskopie von SMART TESTSOLUTIONS ergänzt Brennstoffzellenprüfstand

Stuttgart, Mai 2025. SMART TESTSOLUTIONS hat im Rahmen des Förderprojekts „Brennstoffzellen-Prüfstand FullStack TS“ eine neuartige Impedanzspektroskopie (EIS) für die elektrochemische Vermessung von Brennstoffzellen Stacks entwickelt. Die Lösung ermöglicht zeitsynchrone EIS-Messungen an hunderten von Einzelzellen innerhalb eines Zellstapels.

Das Forschungsprojekt FullStack TS für Heavy-Duty-Anwendungen  ist inzwischen abgeschlossen. Das neue EIS-System wurde erfolgreich in den von der MS2 Engineering und Anlagenbau GmbH neu entwickelten Prüfstand für Brennstoffzellen-Vollstapel bis zu 200 kW Leistung integriert und dieser am Fraunhofer-Institut für solare Energiesysteme in Freiburg in Betrieb genommen.

Durch die elektrochemische Impedanzspektroskopie können wertvolle Informationen über die im Inneren eines bipolaren elektrochemischen Systems ablaufenden Vorgänge gewonnen werden, im Falle einer PEM-Brennstoffzelle sind das beispielsweise Zellinnenwiderstände oder Membranfeuchtegrade. Die neuen Impedanzmesssysteme von SMART TESTSOLUTIONS zeichnen sich durch ein dezentrales Design mit kompakten, galvanisch isolierten Messköpfen aus, die direkt am Zellstapel montiert werden.

Diese Technologie gewährleistet nicht nur eine hohe Signaltreue und kurze Kabelwege, sondern erhöht auch die Sicherheit, da keine hohen Spannungen außerhalb der Temperaturkammer des Prüfstands geführt werden müssen.

Weitere wesentliche Merkmale der mehrkanaligen EIS-Module sind die zeitsynchrone Messung an einer Vielzahl von Kanälen sowie die vergleichsweise günstigen Messkosten. Aktuelle Impedanz-Spektroskopiegeräte sind auf wenige Kanäle beschränkt, bei Brennstoffzellenstapeln mit mehreren hundert Zellen sind daher keine zeitsynchronen Messungen möglich.

„Unser Ziel war es, hochauflösende, mehrkanalige EIS-Messungen auch unter rauen Umgebungsbedingungen wirtschaftlich machbar und technisch robust zu machen“, erläutert Wolfgang Neu, Geschäftsführer von SMART TESTSOLUTIONS. „Die neu entwickelten MCM U02AC-Module erreichen dies durch eine Kombination aus robuster Industriehardware, modularem Aufbau und leistungsfähiger Software, die die Bedienung und Datenanalyse vereinfacht."

Neben der Entwicklung der neuen EIS-Lösung hat SMART TESTOLUTIONS im Rahmen des Forschungsprojekts seine bereits verfügbaren Systeme zur Überwachung von Zellspannungen in Brennstoffzellen und Elektrolyseuren, CVM G5, angepasst und validiert, so dass bei 1000 Messwerten je Sekunde je Messkanal bis zu 600 Zellen überwacht werden können, und das bei einer Betriebstemperatur von -20 bis 105 °C. Damit sind die Systeme auch für Luftfahrtanwendungen einsetzbar.

Aufgrund ihres modularen Aufbaus und ihrer Temperaturbeständigkeit kann die neu entwickelte Lösung mit leichten Modifikationen auch in anderen elektrochemischen Systemen wie Batterien, Elektrolyseuren und Redox-Flow-Batterien eingesetzt werden.