Am Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF entwickeln interdisziplinäre Expertenteams Verfahren und Methoden zur Bewertung und Verbesserung der Zuverlässigkeit von Werkstoffen, Komponenten und Systemen für Wasserstoffanwendungen, um die langfristige Leistungsfähigkeit und Lebensdauer neuer Produkte und Systeme sicherzustellen. Mit diesen Analysemethoden soll die Produktentwicklung zur Gestaltung von Energiespeichern und Brennstoffzellensystemen bereits in der frühen Entwicklungsphase beschleunigt werden.
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.
In den Autoklaven am Fraunhofer LBF werden beispielsweise Langzeituntersuchungen unter realitätsnahen harschen Konditionen ausgeführt, wie sie beispielsweise in Elektrolyseuren auftreten. Diese Betrachtungen liefern 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 Verbesserung der Materialien und Bauteile in Hinblick auf Einsatzdauer und Nachhaltigkeit unter Berücksichtigung individueller Einsatzbedingungen. Mehr über aktuelle Entwicklungen zeigt das Fraunhofer-Institut LBF auf der Hannover Messe | Hydrogen + Fuel Cells Europe, am 31. März bis 4. April 2025, in Halle 13, Stand C47.
