HyFab-BW – HyFab-Baden-Württemberg

Das Projekt »HyFab-BW« soll für die Unternehmen des Anlagenbaus sowie der Automobil- und Zulieferindustrie eine offene, flexible Plattform schaffen, in der Technologien zur Komponentenfertigung und Komponentenqualifizierung hinsichtlich der Membranelektrodeneinheit erforscht und erprobt werden können. 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 des ZSW gemeinsam mit dem Fraunhofer ISE wird diese Hochskalierung mit einer entsprechenden Produktionsforschung vorbereiten und die Marktteilnehmer in ihrer Produktionsentwicklung begleiten. Hierzu wird in der ersten Phase mit dem Projekt HyFab-BW ein Verständnis für die grundlegenden Zusammenhänge von Prozess zu Materialstruktur zu Betriebsverhalten aufgebaut. Aufbauend auf diesem Verständnis des Wirkzusammenhangs von Prozess und Struktur und Betriebsverhalten soll in einer zweiten Projektphase über ein bundesgefördertes Projekt HyFab-Bund die Analyse und Entwicklung von Hochgeschwindigkeitsprozessen und der damit einhergehenden online-Qualitätssicherung durchgeführt werden. Das Ziel der beiden 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.

Das Fraunhofer ISE fokussiert sich 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 (Dispergieren, Beschichtung, Trocknung, Schichttransfer, Heißverpressen) und verschiedenartiger Prozessführung (z.B. Temperatur, Verpressungsdruck, etc.) unterschiedliche Produkteigenschaften erzeugen, welche für unterschiedliche Anwendungen geeignet sind. Darüber hinaus gibt es für die einzelnen Prozessschritte eine Vielzahl von Verfahren (z.B. allein für die Beschichtung Verfahren wie Schlitzdüse, Mikrogravurdruck, Flexodruck, oder Siebdruck) bekannt.