12. Februar 2020

Neue Herzen für Brennstoffzellen

Am Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU entsteht moderne Fertigungstechnologie für Brennstoffzellenantriebe. Ziel ist die schnelle und günstige Produktion in Großserie. Dafür konzentrieren sich die IWU-Forscherinnen und -Forscher in einem ersten Schritt direkt aufs Herz dieser Antriebe und arbeiten an Möglichkeiten, Bipolarplatten aus dünnen Metallfolien herzustellen. Auf der Hannover Messe präsentiert das Fraunhofer IWU diese und weitere Forschungsaktivitäten zu Brennstoffzellenantrieben mit dem Rennwagen Silberhummel®.

Um große Reichweiten zu erzielen, sind Brennstoffzellen bei der Bereitstellung von Energie in elektrischen Antrieben eine optimale Ergänzung zu Batterien. Brennstoffzellen herzustellen, ist aber nach wie vor kostenintensiv, sodass immer noch relativ wenige Fahrzeugmodelle in Deutschland mit dieser Antriebstechnologie auf dem Markt verfügbar sind. Die Forscherinnen und Forscher am Fraunhofer IWU arbeiten nun an einer kostengünstigeren Lösung: »Wir denken ganzheitlich und betrachten alle Komponenten eines Brennstoffzellen-Antriebs. Das beginnt bei der Bereitstellung des Wasserstoffs, betrifft die Auswahl der Materialien, die unmittelbar an der Stromerzeugung in Brennstoffzellen beteiligt sind, und geht bis hin zur Wärmeregulation in der Zelle selbst sowie im gesamten Fahrzeug«, erläutert Dipl.-Ing. Sören Scheffler, Projektleiter am Fraunhofer IWU in Chemnitz.

Brennstoffzellen: schnelle und günstige Produktion in Großserie
In einem ersten Schritt konzentrieren sich die Forscherinnen und Forscher auf das Herz eines Brennstoffzellen-Antriebs: den »Stack«. In diesem Bauteil entsteht Strom in vielen übereinander gestapelten Zellen, die aus Bipolarplatten und Elektrolytmembranen bestehen.

»Wir erforschen, wie wir die konventionellen Grafit-Bipolarplatten durch dünne Metallfolien ersetzen können. Das ermöglicht, Stacks schnell und günstig in Großserie herzustellen. Die Produktivität wird so deutlich erhöht«, so Scheffler. Im Fokus steht dabei zudem das Thema Qualitätssicherung. Jede Komponente für Stacks wird direkt bei der Herstellung kontrolliert. So soll sichergestellt werden, dass ausschließlich zu 100 Prozent geprüfte Teile ihren Weg in Stacks finden. Parallel dazu verfolgt das Fraunhofer IWU das Ziel, die Anpassungsfähigkeit des Stacks an die Umgebung und die Fahrsituation zu verbessern. Scheffler: »Unsere Annahme lautet: Um Wasserstoff zu sparen, kann eine dynamische Einstellung auf die Umgebungsvariablen – auch mit KI-Unterstützung – helfen. Es macht einen Unterschied, ob ein Antrieb bei hoher oder niedriger Außentemperatur genutzt wird oder ob er im Flachland oder im Gebirge eingesetzt wird. Bisher arbeiten Stacks in einem vorab festgelegten, starren Betriebsbereich, der diese umgebungsabhängige Optimierung nicht zulässt.«

Erfahren Sie mehr beim Fraunhofer IWU über diese Entwicklungen in der Brennstoffzellentechnik.

Foto ©Fraunhofer IWU: Modelldemonstrator – Rennwagen Silberhummel® mit Brennstoffzellenantrieb.

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