BI-FIT – Break-In for Fuel Cells Initializing and Testing

Im Projekt »BI-FIT« (Break-In for Fuel Cells Initializing and Testing) untersucht und optimiert das Fraunhofer ISE den Break-In, also den initialen Betrieb der Brennstoffzelle. Dazu wird durch wissenschaftliche, belastbare Analysen und Forschungsarbeiten ein grundlegendes Verständnis der ablaufenden Mechanismen geschaffen und neue Break-In-Konzepte entwickelt, sodass die Dauer des Break-In auf maximal 60 Minuten reduziert werden soll. Das Projekt ist in den Projektverbund »HyFab« eingegliedert, der für die Automobil- und Zuliefererindustrie eine Know-how-Basis schaffen soll, um Technologien zur Brennstoffzellenfertigung erforschen zu können.

Als Break-In wird der Prozess bezeichnet, bei dem ein frisch produzierter Brennstoffzellenstapel initial betrieben wird, bis er seine nominale Leistung erreicht und homogene Einzelzellspannungen zeigt. Aktuell veröffentlichte Break-In-Methoden benötigen zwischen zwei und acht Stunden zur vollständigen Aktivierung des Brennstoffzellenstapels und nutzen zum Großteil Materialien, die nicht State of the Art sind. Wegen der langen Prozessdauer stellt der Break-In einen erheblichen Engpass beim Markthochlauf der Brennstoffzellenproduktion und somit einen großen Kostenfaktor dar. Ziel des Projekts ist die Verkürzung und Vereinfachung des Break-In durch innovative Konzepte. Dabei müssen die Zusammenhänge zwischen der Produktion der entscheidenden Komponente Membranelektrodeneinheit, Stapeldesign und Betriebsbedingungen beim Break-In beachtet und optimal aufeinander abgestimmt werden.

Durch unsere voll automatisierte Charakterisierung von Einzelzellen sind wir in der Lage, entscheidende Mechanismen während des Break-In zu identifizieren. Darauf aufbauend entwickeln wir neuartige Break-In-Prozeduren und analysieren ihren Einfluss auf die Lebensdauer der Brennstoffzelle. Aufgrund unserer hauseigenen Produktion von Brennstoffzellen-Katalysatorschichten können wir den Einfluss der Produktionsparameter auf den Break-In untersuchen. Zusätzlich wird ein Vorbehandlungsschritt in den Produktionsprozess eingefügt, um zu testen, ob dies eine Verkürzung oder sogar den Ersatz des Break-In ermöglicht. All dies erfolgt in enger Absprache mit den Projektpartnern, die den Break-In an Kurzstapeln untersuchen.

Ziel des Projekts ist es, zunächst ein grundsätzliches Verständnis des Break-In von State of the Art Materialien zu erhalten. Dazu werden die wichtigsten Aktivierungsmechanismen, die in der Brennstoffzelle und im Kurzstapel stattfinden, identifiziert. Die Entwicklung innovativer Break-In-Prozeduren und die Untersuchung des Einflusses auf die Lebensdauer sind Hauptziele des Projekts, die zum Markthochlauf der Brennstoffzellenproduktion entscheidend sind. Durch die Vereinfachung des Break-In und die Verkürzung auf maximal 60 Minuten wird eine Reduzierung der Prozesskosten von ca. fünf Prozent auf ein Prozent der Gesamtherstellungskosten angestrebt.

Das Projekt »BI-FIT« (Break-In for Fuel Cells Initializing and Testing) wird im Rahmen des Nationalen Innovationsprogramms Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie mit insgesamt 1.015.210,00 Euro durch das Bundesministerium für Digitales und Verkehr gefördert. Die Förderrichtlinie wird von der NOW GmbH koordiniert und durch den Projektträger Jülich (PtJ) umgesetzt.