15. August 2023 | Das Fraunhofer ISE betreibt aktuell zwei Forschungsprojekte zur effizienten Herstellung von Brennstoffzellen. Im Projekt „TiKaBe“ entwickeln Wissenschaftler:innen Katalysatortinten für industrielle Beschichtungsverfahren. Im Mittelpunkt des Projekts „BI-FIT“ steht die Verkürzung des Break-Ins von Brennstoffzellen.
Das Fraunhofer ISE entwickelt im Projekt „Tintenentwicklung für die Brennstoffzellen-Katalysatorbeschichtung“ (TiKaBe) neuartige Katalysatortinten für unterschiedliche industrielle Beschichtungsverfahren. Diese sollen außerdem über verkürzten Trocknungszeiten verfügen.
„Dafür entwickeln wir langlebige Membranelektrodeneinheiten mit niedrigen Edelmetallgehalten“, erklärt Ulf Groos, Abteilungsleiter Brennstoffzellen des Bereichs Wasserstofftechnologien. „Wir schauen uns die sogenannte Schlitzdüsenbeschichtung an, die wegen ihrer sehr homogenen, kontinuierlichen Beschichtungsmöglichkeit prädestiniert für industrielle Prozesse ist.
Zukünftig sind auch Druckprozesse wie Inkjet, Gravur- und Siebdruck interessant, weil sie strukturierte Schichten ermöglichen und somit durch Druck einer definierten Katalysatorfläche Verschnitt und Materialverluste minimieren“, so Groos weiter.
Brennstoffzellen schneller in Betrieb nehmen
Testlabor zur in-situ-Charakterisierung von Membranelektrodeneinheiten für die PEM-Brennstoffzelle (Quelle: Fraunhofer ISE)
Im Projekt „Break-In for Fuel Cells Initializing and Testing“ (BI-FIT) erarbeiten die Wissenschaftler:innen ein grundlegendes Verständnis für die entscheidenden Mechanismen bei der Erstkonditionierung von Brennstoffzellen.
Break-In oder Erstkonditionierung bezeichnet den Prozess, bei dem ein neu produzierter Brennstoffzellenstapel zum ersten Mal mit Strom betrieben wird. So werden seine nominale Leistung und eine homogene Einzelzellspannung aufgebaut.
Wegen der langen Prozessdauer stellt der Break-In derzeit noch einen erheblichen Engpass im Fertigungsablauf der Brennstoffzellenproduktion dar. Aktuelle Break-In-Methoden benötigen zwischen zwei und acht Stunden zur vollständigen Aktivierung eines Brennstoffzellenstacks. Bei einer Massenproduktion von Brennstoffzellenstacks macht das rund 5 % der Gesamtherstellungskosten aus.
Break-In in 60 Minuten
Ziel des Forschungsprojekts ist die Verkürzung und Vereinfachung des Break-In durch innovative Konzepte auf maximal 60 Minuten bzw. auf 1 % der Gesamtherstellungskosten.
Dafür müssen die Zusammenhänge zwischen der Produktion der entscheidenden Komponente Membran-Elektroden-Einheit, Stapeldesign und Betriebsbedingungen beim Break-In betrachtet und optimal aufeinander abgestimmt werden.
Aktuelle Einblicke in diese Forschung geben Wissenschaftler:innen des Fraunhofer ISE im Konferenzprogramm der hy-fcell vom 13. bis 14. September 2023 in Stuttgart. Auf dem Stand 4D55 zeigt das Institut Membran-Elektroden-Einheiten (MEAs) für Schwerlastanwendungen und veranschaulicht die Charakterisierung von Zellkomponenten und Lebensdaueruntersuchungen.
