Die Forschungsfabrik für Wasserstoff und Brennstoffzellen Hyfab macht Fortschritte bei der Entwicklung von Brennstoffzellen. „Brennstoffzellen standen schon vor zwanzig Jahren kurz vor der Markteinführung. Sie sind damals jedoch primär an der Verfügbarkeit von Wasserstoff gescheitert. Das ändert sich jetzt mit dem European Green Deal und der Deutschen Wasserstoffstrategie grundlegend.“ Das sagt Prof. Dr. Markus Hölzle, ZSW-Vorstand und Leiter des Geschäftsbereichs Elektrochemische Energietechnologien in Ulm. Nun gelte es, die Brennstoffzelle schnell zu industrialisieren. Damit könne sie in großen Stückzahlen bei geringen Kosten im Markt zur Verfügung stehen. Das ist das Ziel des neuen ZSW-Projekts im Rahmen von Hyfab.

„Mit dem ‚generischen Brennstoffzellenstack‘ entsteht eine Art Universalwerkzeug für die technologische Weiterentwicklung der Brennstoffzelle. Zusätzlich können wir mittelständischen Unternehmen dann auch Komponenten oder ganze Brennstoffzellen für ihre eigene Produktentwicklung in die Hand geben“, so Hölzle.

Offene Plattform

Der Grund für das vorwettbewerbliche Angebot an die Industrie: Die Entwickler von kommerziellen Brennstoffzellensystemen legen ihre Betriebsdaten oder Materialzusammensetzungen in der Regel nicht offen. Sie stellen auch keine Brennstoffzellenkomponenten zur Verfügung. Dies erschwert jedoch den Markteintritt für die meist mittelständischen Zulieferer. Der generische Brennstoffzellenstack behebt diesen Engpass, da Betriebsdaten und Komponenten für alle Interessenten zur Verfügung stehen werden. Wie ferner dieser für alle nutzbare Stack aussehen soll, hat das ZSW in einem Vorprojekt mit dem Forschungsverbund Verbrennungskraftmaschinen (FVV) in einem Arbeitskreis mit Fachleuten aus der Automobil- und Zulieferindustrie erarbeitet.

Stacks mit maximal 150 kW Leistung

Das Stack-Konzept ist bis zu einer maximalen Leistung von 150 Kilowatt ausgelegt. Hierfür bedarf es 500 Einzelzellen mit jeweils zwei Bipolarplatten aus Metall, um diesen generischen Brennstoffzellenstack aufzubauen. Der Vorteil von metallischen Bipolarplatten liegt darin, dass sie mit umformenden Produktionsverfahren herstellbar sind und dadurch hohe Stückzahlen bei geringen Taktzeiten ermöglichen. Produktionstechnisch herausfordernd sind allerdings die dünnen Wandstärken von nur einem Zehntel Millimeter bei einer Länge von über 40 Zentimetern pro Platte.

Die Bipolarplatten sind entscheidende Bauteile einer Brennstoffzelle. Auf den beiden Außenseiten, der sog. Kathode und Anode, sorgen sie für die gleichmäßige Verteilung von Wasserstoff und Luftsauerstoff. Parallel wird über die Innenseite der Platten das Kühlwasser geleitet. Dies erfolgt über äußerst filigrane Kanal- und Steggeometrien sowie ein Verteiler- und Dichtungskonzept. Diese Strukturen werden ferner mittels numerischer Strömungsmechanik (CFD) simuliert und optimiert.

31.8.2021 | Quelle: ZSW | solarserver.de © Solarthemen Media GmbH