title: Development of a measuring system for the analysis and monitoring of electrochemical cells and stacks
Creators: name: Scheiber, Thomas
Publisher: name: FH CAMPUS 02 (CAMPUS 02 Fachhochschule der Wirtschaft)
Year: 2025
Subjects: subject: 621 Angewandte Physik

description: Wasserstoff repräsentiert bereits heute eine bedeutende und vielfach eingesetzte Prozesschemikalie und wird als Sekundärenergieträger auch im großen Maßstab diskutiert. Die kontinuierliche Weiterentwicklung elektrochemischer Komponenten wie Elektrolyseure und Brennstoffzellen gewährleistet, dass sich Wasserstoff als nachhaltiger und erneuerbarer Sekundärenergieträger in zukünftigen Energieinfrastrukturen etablieren wird. Präzise Messmethoden, insbesondere die elektrochemische Impedanzspektroskopie (EIS), spielen eine entscheidende Rolle bei der Charakterisierung und Entwicklung. Trotz am Markt vorhandener EIS-basierter Messsysteme, erfüllen diese nicht immer alle Anforderungen der HyCentA Research GmbH. Das Hauptziel dieser Masterarbeit war die Überarbeitung eines EIS-Messgeräts, aus einem vorangegangenen Forschungsprojekte. Der Schaltplan des Prototyps wurde analysiert, modernisiert und um zusätzliche Funktionen erweitert. Der Messzweig, einschließlich Filter, Vorverstärker und Analog-Digital-Umsetzer (ADU), wurden überarbeitet. Ein grundlegendes Gerätekonzept wurde entwickelt, das Gehäuse, Anschlusstechnik und alle elektronischen Module umfasst. Ein Kalibrierungsverfahren und eine Betriebsstrategie für das Gesamtmessgerät, den "Zellmonitor", wurden ausgearbeitet. Die Umsetzung des Konzepts befindet sich derzeit in der Realisierungsphase, wobei der Zellmonitor dazu vorgesehen ist, sowohl in Prüfeinrichtungen als auch als mobiles Messgerät für Brennstoffzellenfahrzeuge zu dienen. Die zukünftige Anwendung des Zellmonitors trägt maßgeblich zur Fortentwicklung und Optimierung von wasserstoffbasierten Technologien bei.
description: Hydrogen currently serves as a significant and widely utilized process chemical and is also discussed as a big scale secondary energy carrier. The continual development of electrochemical components, such as electrolyzers and fuel cells, ensures that hydrogen is poised to establish itself as a sustainable and renewable secondary energy carrier within future energy grids. Precise measurement methods, particularly electrochemical impedance spectroscopy, play a pivotal role in characterization and development. Despite the existence of EIS-based measurement systems on the market, these do not consistently meet all the requirements set forth by HyCentA Research GmbH. The main goal of this thesis was the overhaul of an EIS measurement device which has been developed in a former research project The circuit diagram of the prototype was analysed, modernised, and expanded with additional functionalities. The measurement path, encompassing filters, preamplifiers, and ADC`s, was revised. A fundamental device concept was devised, including the housing, connection technology, and all electronic modules. Calibration procedures and an operational strategy for the overall measuring device, designated as the "Cell Monitor," were developed. The conceptual framework is presently in the process of implementation, with the Cell Monitor designed to serve in both testing facilities and as an onboard measuring device for fuel cell vehicles. The prospective application of the Cell Monitor significantly contributes to the advancement and optimization of hydrogen-based technologies.