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Dynamics Of Single H2 Bubbles During Water Electrolysis
Get PDFThe dynamics of hydrogen gas bubbles growing during electrolysis in H 2 SO 4 on a Pt microelectrode are studied in detail by electrochemical, shadowgraphy and PIV methods. The bubble evolution under potentiostatic conditions is presented in terms of electric current, images and radius of the growing bubble, and the velocity profiles. It allowed to resolve the carpet of microbubbles underneath the growing bubble, the transition to a new oscillatory growth regime and a Marangoni convection around the bubble foot. To substantiate the effect of coalescence and of the electrostatic effect on the bubble departure diameter, a salt (sodium sulfate) was added to regulate the pH and the ionic strength of the electrolyte
Sensor based concept for PEM fuel cell development based on the IPEK-X-in-the-Loop approach
No full textThe development of PEM fuel cell systems can be further improved, if the interactions between the different development levels are considered. The IPEK X-in-the-loop approach allows connecting the operating conditions measured locally at the fuel cell components, like the bipolar plate with data from the drivetrain and the fuel cell system. Measurement data taken from micro sensors can be transmitted to control the fuel cell system components. The mixed virtual-physical approach allows emulating different types of components instantly and facilitates the optimization of fuel cell components and operating strategies. With this development method the fuel cell and the fuel cell system components as well as the operating controls can be improved with respect to power dynamics, power density and lifetime
Improving End-Of-Line Quality Control of Fuel Cell Manufacturing Through Machine Lerning Enabled Data Analysis
Get PDFFor an economically sustainable fuel cell commercialization, robust manufacturing processes are essential. As current quality control is time-consuming and costly for manufacturers, standardized solutions are required that reduce cycle times needed to determine cell quality. With existing studies examining durability in field use, little is known about end-of-line detection of cell malfunctions. Applying machine learning algorithms to analyse performance measures of 3600 PEM fuel cells, this work presents a concept to automatically classify produced fuel cells according to cell performance indicators. Using a deep learning autoencoder and the extreme gradient boosting algorithm for anomaly detection and cell classification, models are created that detect cells associated with potential cell malfunctions. The work shows that the models developed predict key performance features in an early stage of the quality control phase and contributes to the overall goal of achieving cycle time reduction for manufacturers quality control procedures.Für eine wirtschaftlich nachhaltige Kommerzialisierung von Brennstoffzellen sind robuste Herstellungsprozesse unerlässlich. Da die derzeitige Qualitätskontrolle zeitaufwändig und kostenintensiv ist, sind standardisierte Lösungen erforderlich. Während bisherige Arbeiten vorwiegend Lebensdaueruntersuchungen durchführen, ist nur wenig über die Erkennung von Zellfehlfunktionen am Ende der Produktionslinie bekannt. Durch die Anwendung von Algorithmen des maschinellen Lernens zur Analyse der Leistungsdaten von 3600 PEM-Brennstoffzellen wird in dieser Arbeit ein Konzept zur automatischen Klassifizierung produzierter Brennstoffzellen anhand von Leistungsindikatoren der Zellen vorgestellt. Unter Verwendung eines Deep-Learning-Autoencoders und des Extreme-Gradient-Boosting-Algorithmus zur Erkennung von Anomalien und zur Klassifizierung von Zellen werden Modelle erstellt, die Zellen erkennen, die mit potenziellen Zellfehlfunktionen in Verbindung stehen. Die Arbeit zeigt, dass die entwickelten Modelle wichtige Leistungsmerkmale in einem frühen Stadium der Qualitätskontrollphase vorhersagen und zum Gesamtziel der Reduzierung der Zykluszeit für die Qualitätskontrollverfahren der Hersteller beitragen
Inkjet printing processes as an innovative manufacturing method for the production of catalytically coated membranes (CCM) for fuel cells as well as electrolyzers
Get PDFDigitally controlled inkjet printing technology has attractive features for the production of catalyst coated membranes (CCM) for application either in electrolysers or in fuel cells. There are a number of unique features: pattern like coating for effective use of expensive materials like platinum or iridium, direct deposition onto membrane material, non-impact printing, easy change of pattern design, and ability to generate catalytic gradients. Employing inkjet printing technology enables the manufacturing of catalytic layers as well as other components. The challenges are to evaluate process-compatible inks as well as processing parameters.Die digital gesteuerte Inkjetdrucktechnologie hat attraktive Eigenschaften für die Herstellung von katalysatorbeschichteten Membranen (CCM), die entweder in Elektrolyseuren oder in Brennstoffzellen eingesetzt werden. Es gibt eine Reihe einzigartiger Merkmale: mustergenaue Beschichtung für den effektiven Einsatz teurer Materialien wie Platin oder Iridium, direkte Bedruckung des Membranmaterials, berührungsfreies Drucken, einfache Änderung des Druckdesigns und die Fähigkeit, katalytische Gradienten zu erzeugen. Der Einsatz der Inkjetdrucktechnologie ermöglicht die Herstellung von katalytischen Schichten und anderen Komponenten. Die Herausforderungen bestehen darin, prozesskompatible Tinten sowie Verarbeitungsparameter zu evaluieren
H2-Tankstellen-Konfigurator
No full textAnhand einer Fallstudie wird die Arbeit mit dem von der Freiberg Institut für Energie und Klimaökonomie GmbH erschaffenen H2-Tankstellen-Konfigurators dargestellt. Durch die Variation der Wasserstoffversorgung einer fiktiv geplanten H2-Tankstelle wird verdeutlicht, wie die Optimierungssoftware Edgar die Dimensionierung der Anlagentechnik für eine optimale Konfiguration und minimale Kosten verändert.A case study is used to illustrate the work with the H2 filling station configurator created by the Freiberg Institute for Energy and Climate Economics GmbH. By varying the hydrogen supply of a fictitiously planned H2 filling station, it is illustrated how the optimization software Edgar changes the dimensioning of the plant technology for an optimal configuration and minimal costs
Dimmensioning and Designing oft the FC-Zero-Emmision-Drive-Train for an CS-23 Airplane
Get PDFAircraft design is a major challenge in the age of electro-mobility, which is mainly due to the high demands on weight restrictions. Battery electric airplanes either are designed as gliders or have limited range. The current developments in the area of batteries and of hydrogen fuel cells give a huge potential for future activities extending the operational area of CS-23 airplanes with electric propulsion. The study presented describes the dimensioning of a fuel cell drive train system for CS-23 airplanes including potentials and design optimizations. Different hydrogen fuel cell electrification concepts are analysed and compared, what is followed by an analysis of the system components. Further, different hydrogen storage systems for mobile applications and their operational handling abilities are studied. The system requirements for the CS-23 Airplane are defined, including the optimal configuration for the investigated airplane, including the battery capacity for the take-off phase. The concept closes with a discussion on system requirements by defining command variables and a discussion on trade-off decisions.Die Konstruktion von Flugzeugen stellt mit dem Wandel zur Elektromobilität eine große Herausforderung dar, was vor allem auf die hohen Anforderungen an die Gewichtsbeschränkung zurückzuführen ist. Batterieelektrische Flugzeuge sind entweder als Segelflugzeuge konzipiert oder haben eine begrenzte Reichweite. Die aktuellen Entwicklungen auf dem Gebiet der Batterien und der Wasserstoff-Brennstoffzellen bieten ein großes Potential für ein zukünftig erweitertes Einsatzgebietes von CS-23 Flugzeugen mit Elektroantrieb. Die vorgestellte Studie beschreibt die Dimensionierung eines Brennstoffzellen-Antriebsstrangs für CS-23-Flugzeuge einschließlich Potentialen und Design-Optimierungen. Es werden verschiedene Wasserstoff-Brennstoffzellen-Elektrifizierungskonzepte analysiert und verglichen, worauf eine Analyse der Systemkomponenten folgt. Weiterhin werden verschiedene Wasserstoffspeichersysteme für mobile Anwendungen und deren betriebliche Handhabbarkeit untersucht. Die Systemanforderungen für das CS-23 Flugzeug werden definiert, einschließlich der optimalen Konfiguration für das untersuchte Flugzeug, einschließlich der Batteriekapazität für die Startphase. Das Konzept schließt mit einer Diskussion über die Systemanforderungen
Adaptive User Interface for Automotive Demonstrator
No full textThe BlackPearl in the Computer Engineering Department is an Automotive
Demonstrator, which has a variety of sensors, and users can control these via the
server. The server is responsible for the remote interaction, the Smart Queue, and the Raspberry Pi display for human interaction.
The Automotive Demonstrator consists of four components, which are installed on the CE-Box: Main QML Application, Main Server, Live Stream, and Smart Queue. All of these servers are running on three single-board computers (Raspberry Pi 3B): Main, BlackPearl, and Camera servers. The Automotive Demonstrator is built with the latest version from both Qt and NodeJS, and the components can access, store and exchange the data in JSON format. The BlackPearl will be controlled via four types of interaction methods: Web server, Voice commands (Sparrow), Pi Display, and Gamepad.
The outcome of this thesis is a configurable and adaptive User Interface for Automotive Demonstrator, and this can be easily updated, customized, and accessible for new applications without the need to update or rebuild the program
Der Fuß als sensorisches Organ - Einflussgrößen der Sensorik, deren Wirkmechanismen und daraus abgeleitete bewegungstherapeutische Maßnahmen
No full textIm Fokus der vorliegenden kumulativ angefertigten Arbeit stehen vier wissenschaftliche Untersuchungen, deren Thematik die Vibrationssensorik des Menschen darstellt. Die aus Vibrationen gewonnenen Informationen führen zu wichtigen Regulationsmechanismen zum Beispiel zur Aufrechterhaltung des Gleichgewichtes und des Ganges. Die Ermittlung von sogenannten Vibrationswahrnehmungsschwellen stellt eine Möglichkeit zur Quantifizierung des Funktionszustandes des somatosensorischen Systems dar. In diesem Zusammenhang ist die Kontrolle und Standardisierung einflussnehmender Messbedingungen auf die Bewertung der Vibrationssensorik wichtig. Im ersten Beitrag der vorliegenden Arbeit rückt die Rolle der Auflagekraft, mit welcher der Stößel der Messgeräte die zu untersuchende Hautpartie belastet, in den Fokus (Studie I). In den sich anschließenden Beiträgen werden die Wirkmechanismen der mechanischen Hauteigenschaften auf die Wahrnehmung von Vibrationen aus evolutionsbiologischer (Studie II) und pathologischer (Studie III) Sichtweise betrachtet. Im letzten Beitrag wird die potentielle Wirkung von unterschwelligen Rauschstimulationen als mögliche bewegungstherapeutische Maßnahme zur Verbesserung der sensorischen Leistungsfähigkeit untersucht (Studie IV). Am Ende der Arbeit erfolgt die übergreifende Diskussion der einzelnen Beiträge. Mit Hilfe der gewonnen Erkenntnisse werden Handlungsempfehlungen zur Verbesserung der Quantifizierung der Vibrationssensorik in klinischen und wissenschaftlichen Bereichen abgeleitet. Das erweiterte Verständnis über die Wirkmechanismen verschiedener Einflussgrößen auf die Vibrationssensorik unterstützt die gezielte Erforschung von bewegungstherapeutischen Maßnahmen zur Steigerung der sensorischen Leistungsfähigkeit des Menschen.The focus of the present cumulative dissertation is on four scientific investigations that deal with the human vibration sensory system. The information obtained from vibrations leads to important regulatory mechanisms, for example to maintain balance and gait. Determining so-called vibration perception thresholds represents a possibility to quantify the functional condition of the somatosensory system. In this context, it is important to control and standardize the measurement conditions that influence the evaluation of the vibration sensory system. The first article of the present dissertation focuses on the role of the contact force with which the probe of a measuring device loads the skin area to be examined (Study I). In the subsequent contributions, the action mechanisms of mechanical skin properties regarding vibration perception are considered from an evolutionary (Study II) and pathological (Study III) point of view. In the last paper, the potential effect of subliminal noise stimulation is examined as a possible exercise therapy intervention to improve sensory performance (Study IV). A comprehensive discussion of the individual contributions is included at the end of the present dissertation. Using the gained knowledge, recommendations are derived to improve the quantification of vibration sensation in clinical and scientific areas. The broadened understanding of the mechanisms of action of different influencing variables regarding vibration sensation supports the targeted research of exercise therapy interventions to increase sensory performance in humans
Methods for Automated Creation and Efficient Visualisation of Large-Scale Terrains based on Real Height-Map Data
Get PDFReal-time rendering of large-scale terrains is a difficult problem and remains an active field of research. The massive scale of these landscapes, where the ratio between the size of the terrain and its resolution is spanning multiple orders of magnitude, requires an efficient level of detail strategy. It is crucial that the geometry, as well as the terrain data, are represented seamlessly at varying distances while maintaining a constant visual quality. This thesis investigates common techniques and previous solutions to problems associated with the rendering of height field terrains and discusses their benefits and drawbacks. Subsequently, two solutions to the stated problems are presented, which build and expand upon the state-of-the-art rendering methods. A seamless and efficient mesh representation is achieved by the novel Uniform Distance-Dependent Level of Detail (UDLOD) triangulation method. This fully GPU-based algorithm subdivides a quadtree covering the terrain into small tiles, which can be culled in parallel, and are morphed seamlessly in the vertex shader, resulting in a densely and temporally consistent triangulated mesh. The proposed Chunked Clipmap combines the strengths of both quadtrees and clipmaps to enable efficient out-of-core paging of terrain data. This data structure allows for constant time view-dependent access, graceful degradation if data is unavailable, and supports trilinear and anisotropic filtering. Together these, otherwise independent, techniques enable the rendering of large-scale real-world terrains, which is demonstrated on a dataset encompassing the entire Free State of Saxony at a resolution of one meter, in real-time
Wissenschaftliche Schriftenreihe Schlüsseltechnologie LEICHTBAU
No full textWissenschaftliche Schriftenreihe der Professur Strukturleichtbau und KunststoffverarbeitungScientific publication series of the Department of Lightweight Structures and Polymer Technolog