Bildgebende Verfahren zur Technologieentwicklung und Qualitätssicherung von Brennstoffzellen und Elektrolyseuren

Für die Umstellung auf regenerative Energiegewinnung ist die wasserstoffbasierte Energiewirtschaft ein wichtiger Pfeiler. Der Energieträger Wasserstoff lässt sich verhältnismäßig einfach transportieren, ist flexibel einsetzbar und klimafreundlich, wenn er mit erneuerbaren Energien hergestellt wird.

Der Wasserstoff-Sektor wird aktuell intensiv erforscht, um die dafür notwendigen Technologien und Produktionsprozesse auf ein Level zu heben, das die Fertigung der Komponenten in hohen Stückzahlen, zu guter Qualität und zu einem konkurrenzfähigen Preis ermöglicht.

Die bildgebenden Systeme des Fraunhofer EZRT können sowohl bei der Entwicklung der Technologien und Prozesse als auch in der Produktion einen Betrag leisten. Qualitätsmerkmale und Eigenschaften der Komponenten können sichtbar gemacht und analysiert werden.

Das Fraunhofer EZRT hat die Kompetenz, für zahlreiche Aufgabenstellungen ein passendes System in den Bereichen Röntgen- und Computertomographie sowie mittels optischer Verfahren zu realisieren. Neben der fachlichen Kompetenz in allen notwendigen Teilgebieten, besteht auch das notwendige Anwendungswissen sowie die Erfahrung in der erfolgreichen Umsetzung von Industrieprojekten. Zudem haben unsere Forschenden den Überblick über die aktuell am Markt verfügbaren Komponenten und stehen mit den Herstellern dieser Komponenten in engem Austausch.

Als Energiewandler kommt dabei die Polymer-Elektrolyt-Membran Brennstoffzelle (PEMFC) zum Einsatz. Kern-Bestandteil ist die Membran-Elektroden-Einheit (MEA). Sie besteht aus einer protonenleitenden Membran, die mit einer Anode und Kathode beschichtet ist (Catalyst coated membrane, CCM). Bei der Herstellung von CCMs können verschiedene Beschichtungstechniken zum Einsatz kommen (zum Beispiel: Ultraschallbeschichtung, Auftragung durch Rakeln oder das Inkjet-Verfahren). Dabei kann es zu verfahrensspezifischen Auffälligkeiten, wie Rissen, Blasen, Schlieren, Streifen, aber auch Inhomogenitäten der Schichtdicke, Übertragungsfehlern sowie Verunreinigungen und Defekten durch das mechanische Handling, kommen. Für die Fertigung im industriellen Maßstab werden beim Rolle-zu-Rolle Verfahren Bahngeschwindigkeiten bis zu 20 m/min erreicht. Da sowohl der zur Herstellung benötigte Pt-Katalysator, als auch die Polymer-Elektrolyt-Membran teuer ist, wird ein schnelles, inlinefähiges Verfahren zur Qualitätskontrolle benötigt, um möglichst noch vor dem Auftreten von Ausschuss eine Anpassung der Prozessparameter vornehmen zu können. 

Im Projekt multiPEM werden experimentelle und numerische Analyse-, Bewertungs- und Testverfahren entwickelt, die zur Beherrschung des komplexen multiphysikalisch-chemischen Beanspruchungszustands von NT-PEM in Nfz beitragen und damit deren Sicherheit und Zuverlässigkeit verbessern. Das Projekt fokussiert dabei auf den gesamten Stapel.

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