TC3-Analyzer
Der TC³-Analyzer wurde im Rahmen des vom Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz geförderten Projekts „THERMOPEM“ entwickelt. Mit dem TC³-Analyzer kann die anisotrope Wärmeleitfähigkeit dünner Folien und Schichten bestimmt werden.
Messgrößen:
- Wärmeleitfähigkeit in x- und y-Richtung (in der Ebene)
- Wärmeleitfähigkeit in z-Richtung (durch die Ebene)
- Kontaktwiderstände zwischen dünnen Schichten (durch die Ebene; in Entwicklung)
Mögliche Anwendungsgebiete umfassen:
- Komponenten der Membran-Elektroden-Einheit von PEM-Brennstoffzellen
(Membranen, GDLs, etc.)
- Dünne Prepreg-Lagen
- Interfacematerialien wie Wärmeleitpads und Graphitfolien
- Polymer-, Metall- und Keramikfolien
- Textilien
Messungen in der Probenebene erfolgen bei stationären Randbedingungen. Bei der Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit durch die Ebene wird mit transienten Signalen gearbeitet. Bei der Messung können Temperatur und Flächenpressung, sowie bei porösen Schichten auch Füllgas und Feuchtigkeit eingestellt werden.
Anwendungsbeispiel 1: „InPlane“-Wärmeleitfähigkeit von Gasdiffusionslagen
Dargestellt sind die gemessenen Wärmeleitfähigkeiten dreier unterschiedlicher Gasdiffusionslagen entlang der x- und der y-Richtung im trockenen und im befeuchteten Zustand. Detaillierte Kenntnis über den Einfluss der Feuchtigkeit auf die Wärmeleitfähigkeit der Gasdiffusionslage ist für den Einsatz in einer Brennstoffzelle unerlässlich. Abhängig von Materialstruktur und -aufbau zeigen sich unterschiedliche Auswirkungen der Feuchtigkeit. Während GDL-01 und GDL-03 im trockenen und nassen Zustand nahezu die gleiche Wärmeleitfähigkeit aufweisen, erhöht sich diese bei GDL-02 vom trockenen zum nassen Zustand um mehr als 150%. GDL-03 zeigt in diesem Vergleich eine ausgeprägte Anisotropie mit einer Wärmeleitfähigkeit in x-Richtung, die um Faktor 1,6 höher ist, als die in y-Richtung.
Anwendungsbeispiel 2: „InPlane“-Wärmeleitfähigkeit einer stark anisotropen Gasdiffusionslage
Dargestellt ist die gemessenen „InPlane“-Wärmeleitfähigkeiten einer Gasdiffusionslage abhängig von der Messrichtung. Gemessen wurde in 10°-Schritten von -90°bis +90°. Wie bei einem faserbasierten Material mit struktureller Anisotropie zu erwarten, zeigt sich ein näherungsweise sinusförmiger Verlauf. Die Messwerte schwanken zwischen einer minimalen Wärmeleitfähigkeit von ca. 16 W m-1K-1in y-Richtung und einer maximalen Wärmeleitfähigkeit von ca. 26 W m-1K-1in x-Richtung.
