Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE optimieren mit den Projekten „BI-FIT“ (Break-In for Fuel Cells Initializing and Testing) und „TiKaBe“ (Tintenentwicklung für die Brennstoffzellen-Katalysatorbeschichtung) die Großserienfertigung von PEM-Brennstoffzellen.
Die NOW erwartet „insbesondere für den globalen Schwerlastverkehr“ bald eine hohe Nachfrage an Brennstoffzellen. „Der Markthochlauf der PEM-Brennstoffzellentechnologie erfordert daher innovative Konzepte zur industriellen Herstellung der Membran-Elektroden-Einheit (MEA), die große Stückzahlen bei gleichzeitiger Ressourcen- und Kosteneffizienz ermöglichen“, so die bundeseigene GmbH. Das Fraunhofer ISE soll hier mit seinen Projektpartnern die technologische Basis schaffen.
Im Projekt „TiKaBe“ sollen neuartige Katalysatortinten für unterschiedliche industrielle Beschichtungsverfahren und mit verkürzten Trocknungszeiten entwickelt werden. Kürzere Trocknungszeiten ermöglichen eine höhere Taktrate in der Produktion und damit potenziell Kosteneinsparungen, da die Anlage besser ausgelastet werden kann.
Im Rahmen von „BI-FIT“ geht es nicht um die Optimierung einer konkreten Komponente, sondern um das grundlegende Verständnis für die entscheidenden Mechanismen bei der Erstkonditionierung von Brennstoffzellen. Als Break-In oder Erstkonditionierung wird der Prozess bezeichnet, bei dem ein neu produzierter Brennstoffzellenstapel zum ersten Mal mit Strom betrieben wird, um seine nominale Leistung und eine homogene Einzelzellspannung aufzubauen. Wegen der langen Prozessdauer stellt der Break-In derzeit noch einen erheblichen Engpass und einen großen Kostenblock 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 fünf Prozent der Gesamtherstellungskosten aus. Ziel des Forschungsprojekts ist die Verkürzung und Vereinfachung des Break-In durch innovative Konzepte auf maximal 60 Minuten bzw. auf ein Prozent 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“, wie es in den wortgleichen Mitteilungen der NOW und des Fraunhofer ISE heißt.
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