HyFab-BW – HyFab-Baden-Württemberg

Forschungsfabrik für Wasserstoff und Brennstoffzellen

Laufzeit: 11/2019 - 12/2023
Auftraggeber / Zuwendungsgeber:
Land Baden-Württemberg, Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft
Kooperationspartner: Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg
Projektfokus:
Prinzipschema zur Herstellung einer Catalyst Coated Membrane (CCM) für eine Polymer-Elektrolyt-Membran-Brennstoffzelle
© Fraunhofer ISE
Prinzipschema zur Herstellung einer Catalyst Coated Membrane (CCM) für eine Polymer-Elektrolyt-Membran-Brennstoffzelle.
Siebdruck einer Brennstoffzellen-Katalysatorschicht
© Fraunhofer ISE
Siebdruck einer Brennstoffzellen-Katalysatorschicht.
Polarisationskurven von frischen „Day_0“ und gealterten „Day_43“ Pasten mit Angabe der Platinbeladungen bei 100% relativer Luftfeuchte und 2bar Druck
© Fraunhofer ISE
Polarisationskurven von frischen „Day_0“ und gealterten „Day_43“ Pasten mit Angabe der Platinbeladungen bei 100% relativer Luftfeuchte und 2bar Druck.

Das Projekt »HyFab-BW« bietet für die Unternehmen des Anlagenbaus sowie der Automobil- und Zulieferindustrie eine offene, flexible Plattform, in der Technologien zur Komponentenfertigung und Komponentenqualifizierung hinsichtlich der Membranelektrodeneinheit erforscht und erprobt werden. Darunter fallen weitere Themen wie die Untersuchung des Wirkzusammenhangs von Materialzusammensetzung einer Komponente bzw. deren Materialstruktur und dem Betriebsverhalten. Konkret werden im Projekt Erkenntnisse gewonnen, mit welchen die Unternehmen ihre Produktentwicklungen anwendungs- und Brennstoffzellentyp-abhängig in eine serienfähige Produktion überführen können.

HyFab wird vom Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) (mit Fokus auf den Zellstapel) und dem Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE (mit Fokus auf die Membranelektrodeneinheit) durchgeführt.

Die Brennstoffzellenindustrie steht vor der Hochskalierung auf industrielle Massenproduktion bis auf erwartete Stückzahlen von 200.000 Stacks pro Jahr ab 2030. Das Projekt HyFab bereitet diese Hochskalierung mit einer entsprechenden Produktionsforschung vor und begleitet die Marktteilnehmer in ihrer Produktionsentwicklung. Aufbauend auf dem Verständnis des Wirkzusammenhangs von Prozess zu Materialstruktur zu Betriebsverhalten wird im Rahmen des bundesgeförderten Projekts »R2MEA« die Analyse und Entwicklung von Hochgeschwindigkeitsprozessen und der damit einhergehenden online-Qualitätssicherung durchgeführt. Die weiteren bundesgeförderte HyFab-Projekte untersuchen die Tintenentwicklung für verschiedene Beschichtungsprozesse (»TiKaBe«), die Einfahrprozesse von Brennstoffzellen-Stapeln (»BI-FIT«), die Qualitätssicherung in der Serienproduktion von CCMs (»QUALLE«), die Einsatzfähigkeit von alternativen, PFAS-freien Materialien für die CCM (»GIRAFFE«), sowie die konkrete Entwicklung einer kohlenwasserstoffbasierten CCM (»DS2S«).  Das Ziel der HyFab-Forschungsprojekte ist somit der Aufbau einer Plattform für Produktionsforschung von der Komponenten- bis zur Stackherstellung, welche der Brennstoffzellenindustrie Möglichkeiten zur Auftrags- und Verbundforschung hinsichtlich der Serienproduktion einschließlich Qualitätssicherung bietet.

Im Landesprojekt HyFab fokussiert sich das Fraunhofer ISE auf die Prozesse, welche nach den Rohmaterialien (Katalysatorpulver, Membran, Ionomer, Fasermatten) und vor der Stack-Assemblierung angesiedelt sind. Dies beinhaltet primär Komponenten, welche industriell in Rolle-zu Rolle-Prozessen (R2R) hergestellt werden, wie die katalysatorbeschichtete Membran (CCM, Catalyst Coated Membrane). Ziel ist es, die für diese Komponenten relevanten Prozesstechnologien im Labormaßstab zu realisieren und mittels einer umfangreichen Analytik (in-situ und ex-situ) den Zusammenhang zwischen den Komponentenzusammensetzung und Materialstrukturen sowie den Betriebseigenschaften der Komponenten zu klären. So können z. B. verschiedene Materialzusammensetzungen in der MEA (bestehend aus Katalysatorpulver, Ionomer, Lösemittel) in Verbindung mit den verschiedenen Prozessen (Heißverpressen, Zuschnitt der CCM, Laminieren der Subgaskets) und verschiedenartiger Prozessführung (z. B. Prozessgeschwindigkeit, Temperatur, Verpressungsdruck, etc.) unterschiedliche Produkteigenschaften erzeugen, welche für unterschiedliche Anwendungen geeignet sind. Darüber hinaus werden für die einzelnen Prozessschritte eine Vielzahl von Verfahren untersucht (z. B. allein für die Beschichtung Verfahren wie Schlitzdüse, Siebdruck, Injekt-Druck, etc.).

Weitere Informationen zu diesem Forschungsthema:

Geschäftsfeldthema

Brennstoffzelle

Geschäftsfeld

Wasserstofftechnologien