HM25: Langfristige Leistungsfähigkeit von Materialien, Komponenten und Systemen für Wasserstoff

fTeilen

Welche Materialien müssen für die Herstellung, Speicherung und Nutzung von
Wasserstoff ertüchtigt werden und wie geht das effizient?

Forschende aus
dem Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit
LBF entwickeln neue Analyse-, Bewertungs- und Testverfahren, die zur
Beherrschung des komplexen Beanspruchungszustands von Wasserstoffsystemen
wie Brennstoffzellen, Elektrolyseuren und Tanks, aber auch einzelner
Komponenten beitragen und so deren langfristige Leistungsfähigkeit und
Zuverlässigkeit sicherstellen. Mehr über aktuelle Entwicklungen zeigen sie
auf der HANNOVER MESSE | Hydrogen + Fuel Cells EUROPE, 31. März bis 4.
April 2025, Halle 13, Stand C47.

Am Fraunhofer LBF entwickeln disziplinübergreifende Expertenteams
Verfahren und Methoden zur Bewertung und Optimierung der Zuverlässigkeit
von Materialien, Komponenten und Systemen für Wasserstoffanwendungen. Ziel
ist die Sicherstellung der langfristigen Leistungsfähigkeit und
Lebensdauer neuer Produkte und Systeme. Die realisierbaren Testszenarien
gehen weit über den Stand der Technik hinaus. Mit diesen hocheffizienten
und flexiblen Analysemethoden wird eine signifikante Beschleunigung der
Produktentwicklung zur optimalen Gestaltung von Energiespeichern und
Brennstoffzellensystemen bereits in der frühen Entwicklungsphase erzielt.

Zuverlässigkeitsbestimmung von Wasserstoffsystemen im Einsatz

Die Fraunhofer-Forschenden simulieren Alltagsbedingungen und nutzen die
gewonnenen Daten von unterschiedlichen Bauteilen, beispielsweise aus dem
Fahrwerksbereich, dem Wasserstofftank oder dessen Befestigung für Aussagen
zur Zuverlässigkeit. Dabei kommen Akustik-Emission-Sensoren für eine
Zustandsüberwachung der lasttragenden Struktur zum Einsatz. Auch mittels
Dehnungsmessstreifen zeichnen sie beispielsweise Beanspruchungen der
Peripherie auf und erfassen unter anderem Beanspruchungsprofile durch
Betankungs- und Entleerungsvorgänge.

Außerdem führen die Expertinnen und Experten Materialcharakterisierungen
an metallischen und nichtmetallischen Werkstoffen unter
Wasserstoffatmosphäre durch, um relevante Kennwerte zur Werkstoffauswahl
der Komponenten zu ermitteln und eine mögliche und versagensrelevante
Wasserstoffversprödung (bei metallischen Werkstoffen) der
Systemkomponenten zu vermeiden. Neben den Analysen auf Werkstoffebene
werden auch einzelne Stacks oder komplette Brennstoffzellen unter
multiaxialen Belastungen untersucht.

Wasserstoffverbrennung in Nutzfahrzeugen

Die Wasserstoffverbrennung rückt insbesondere für den Nutzfahrzeugsektor
in den engeren Fokus der Anwendung. Neben spezifischen
Werkstoffuntersuchungen können neu designte und auf Wasserstoffverbrennung
ausgelegte Komponenten hinsichtlich ihrer Festigkeitseigenschaften am
Fraunhofer LBF untersucht werden. Damit bieten die Forschenden ein
umfassendes Portfolio an Kompetenzen, um insbesondere die
Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit von Komponenten für
Anwendungen im Mobilitätssektor sicher zu stellen.

Untersuchung der Abbaumechanismen von Materialien in Medien von
Wasserstoffsystemen

In den Autoklaven am Fraunhofer LBF werden beispielsweise
Langzeituntersuchungen unter realitätsnahen harschen Konditionen
ausgeführt, wie sie beispielsweise in Elektrolyseuren auftreten. Diese
Betrachtungen liefern wertvolle Informationen über die Leistungsfähigkeit
und Stabilität von Materialien. Auf diese Weise können Anwender die
geeigneten Materialien für ihre zukünftigen Entwicklungen in der
Wasserstofftechnologie auswählen und es wird sichergestellt, dass die so
entstehenden Produkte höchsten Standards entsprechen. Die Anwender
vertiefen ihr Verständnis für die Einsatzfähigkeit und die
Anwendungsmöglichkeiten der aktuellen Materialien. Zudem können sie auf
Methoden zur Berücksichtigung der Materialeigenschaften in der simulativen
Bauteilauslegung zugreifen. Dies erleichtert die Optimierung der
Materialien und Bauteile in Hinblick auf Einsatzdauer und Nachhaltigkeit
unter Berücksichtigung individueller Einsatzbedingungen.