Chemnitz Fuel Cells: Bipolarplatten für Brennstoffzellen-Stacks der nächsten Generation

CFC – diese Abkürzung steht bald nicht mehr nur für einen traditionsreichen Fußballclub aus Chemnitz, sondern auch für eine neue Generation von Brennstoffzellen. „Chemnitz Fuel Cells“ verursachen, so das Ziel der Forscherinnen und Forscher des Fraunhofer-Instituts für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU, deutlich weniger Produktionskosten als bei bisherigen Herstellungsverfahren und werden zukünftig in Großserie gefertigt. Das ist eine wichtige Voraussetzung für die Energiewende. Ein entscheidender Schritt auf dem Weg zur CFC sind neue Fertigungstechniken für Bipolarplatten, die am Fraunhofer IWU erforscht werden. Bipolarplatten bilden in Stacks das Herz einer jeden Brennstoffzelle. Die Forschung an ihnen ist Teil eines umfassenden Ansatzes: Darüber hinaus arbeitet das Fraunhofer IWU an effektiveren Komponenten für Brennstoffzellen-Antriebe und am Einsatz grünen Wasserstoffs für die Dekarbonisierung der Industrie.

Nach wie vor werden Brennstoffzellen und viele ihrer Einzelteile – wie etwa Bipolarplatten und Stacks – nicht industriell in Großserien gefertigt. Sie entstehen unter Manufaktur-Bedingungen. Das macht Brennstoffzellen unnötig teuer und verhindert ihren breiten Einsatz in Fahrzeugen oder in Gebäuden. Für die Energiewende sucht man also preisgünstige Herstellungsverfahren, die zugleich hohe Stückzahlen in kurzer Zeit ermöglichen. Forscherinnen und Forscher des Fraunhofer IWU haben diese Herausforderung angenommen und präsentieren nun erste Erfolge ihrer Arbeit: Sie können Bipolarplatten nicht mehr nur prägen oder tiefziehen, sondern sie entstehen auch mittels Hydroforming oder Walzverfahren.

Forschungsziel: Verdopplung der Produktionsrate

Beim Hydroforming, auch Hochdruck-Blechumformung (HBU) genannt, presst man dünne Metallfolien mit einer Stärke von 0,05 mm bis 0,1 mm mit Wasser in die Form einer Bipolarplatte. Dabei wirkt ein Druck von 200 Megapascal. Im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren lassen sich Bipolarplatten auf diese Weise präziser ausformen und federn weniger zurück. Es entstehen also mehr qualitativ hochwertige Platten. Zudem benötogt man nur eine Anpressform. „Wir haben die Flussfeldgeometrie unserer Bipolarplatte so weiterentwickelt, dass diese neben den gängigen auch mit alternativen Verfahren, wie zum Beispiel dem kontinuierlichen Walzprägen, herstellbar ist. Das ist der nächste Technologieschritt in Richtung Massenfertigung. Dabei ändert sich am Wirkungsgrad der Brennstoffzellen nichts: er bleibt stabil auf hohem Niveau“, erläutert Sebastian Melzer, Wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Abteilung für Blechbearbeitung am Fraunhofer IWU. „Wir wollen eine Produktionsrate von mindestens 120 Bipolarplatten pro Minute erreichen. Das ist ungefähr das Doppelte von dem, was Industrieunternehmen momentan mit klassischem Tiefziehen oder Prägen schaffen.“

Vom sächsischen Brennstoffzellen-Technologiehub zur CFC

Die Entwicklungsarbeiten sind Teil des Zieles, einen sächsischen Brennstoffzellen-Technologiehub aufzustellen. Er ist darauf ausgerichtet, Industrie und Forschung zu einem starken sächsischen Ökosystem für die Brennstoffzellen-Produktion zu verbinden. Mit der Forschung zur Bipolarplatten-Produktion geht das Fraunhofer IWU dabei voran auf dem Weg zu Brennstoffzellen Stacks der nächsten Generation. Zusammen mit dem Fraunhofer-Institut für Elektronische Nanosysteme ENAS, das seinen Sitz ebenfalls in Chemnitz hat, arbeiten die Forscherinnen und Forscher an der komplett großserienfähigen Brennstoffzelle: der „Chemnitz Fuel Cells“ (CFC).

15.12.2020 | Quelle: Fraunhofer IWU | solarserver.de © Solarthemen Media GmbH