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Fraunhofer macht Fortschritte bei Brennstoffzellenstapelproduktion

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  • Fraunhofer macht Fortschritte bei Brennstoffzellenstapelproduktion

    Fraunhofer macht Fortschritte bei BrennstoffzellenstapelproduktionDie Brennstoffzellenproduktion für wasserstoffbetriebene Fahrzeuge war bisher komplex und zu langsam. Ein Fraunhofer-Team will das ändern und arbeitet an einer kontinuierlichen Produktionslinie. Das Versprechen: Die Linie soll Brennstoffzellenkomponenten in Zyklen von nur Sekunden verarbeiten.

    Fraunhofer begründet, dass die Brennstoffzellenproduktion viel zu langsam ist, um sich den von Europa gesetzten Zielen zu nähern. Beispielsweise zielt die „Wasserstoffstrategie“ der Europäischen Kommission darauf ab, die Elektrolyseleistung um weitere 40 Gigawatt zu steigern. Genug für eine Wasserstoffzukunft, aber „Europa hat noch keine Massenproduktionsanlage, die diesen Bedarf decken könnte“, sagt Fraunhofer.

    Stichwort im Team um Dr. Christoph Baum, Geschäftsführer des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnik IPT in Aachen. „Wir brauchen Non-Stop-Produktionslinien, die Komponenten in Sekundenschnelle fallen lassen und verarbeiten können“, sagt Baum vor dem Hintergrund einer Branche, in der meist verschiedene Hersteller verschiedene Komponenten separat herstellen. Fraunhofer nennt diese „Maschineninseln“, auf denen die verschiedenen Schritte vor der Brennstoffzellenmontage ausgeführt werden. Es ist ein komplexes System, „bei dem Teile mehrmals aufgenommen, platziert und gepuffert werden müssen - das ist ein zeitaufwändiges Geschäft“, erklärt Baum. Fraunhofer-Lösung: Entwicklung einer Non-Stop-Pilotlinie, in der Brennstoffzellenkomponenten an einem Ort hergestellt und zum fertigen Produkt zusammengebaut werden.

    Im Mittelpunkt des Projekts steht der Brennstoffzellenstapel oder die Hunderte von Bipolarplatten, aus denen der Stapel besteht. Die bipolaren Platten werden durch ein kompliziertes System von millimeterschmalen Kanälen gezogen; Der Wasserstoff wird an einem Ende eingespeist, und das durch die chemische Reaktion im Stapel erzeugte Wasser wird am anderen Ende zugeführt. Die Herstellung dieser Platten ist eine Herausforderung, da sie eher einem Film als einer Platte ähneln und mit äußerster Vorsicht und in mehreren Schritten behandelt werden müssen - all dies muss jetzt kombiniert werden.

    „Wir gehen davon aus, dass Hunderttausende von Bipolarplatten für die Wasserstoffwirtschaft der Zukunft benötigt werden“, sagt Christoph Baum. "Aus diesem Grund streben wir einen Durchsatz von mindestens einer Bipolarplatte pro Sekunde in allen Anlagen an." Da einige Prozessschritte schneller sind als andere, besteht die Herausforderung laut Fraunhofer darin, den gesamten Fluss zu optimieren. Während der Blank-Pressvorgang, den das Team als Tiefziehen bezeichnet, nur etwa eine Sekunde dauert, dauert das Hinzufügen einer Schutzschicht viel länger.

    Das Team des Fraunhofer IPT hat bereits eine Produktionslinie entwickelt, auf der spezielle Bestückungsgeräte alle Komponenten und die Bipolarplatten so weitergeben, dass ein flüssiger Prozess entsteht. Das Institut wird die Pilotlinie während der Hannover Messe Digital Edition vom 12. bis 16. April vorstellen. Das Fraunhofer IPT hat sich auch mit dem Fraunhofer-Institut für Material- und Balkentechnologie IWS und dem Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU zusammengetan, um ihren „Aktionsplan“ und erste Forschungsergebnisse für die kostengünstige, automatisierte Massenproduktion von Brennstoffzellen zu erstellen.

    In diesem Sinne treibt das CoBIP-Projekt (kontinuierliche Rolle-zu-Rolle-Produktion von Bipolarplatten für Brennstoffzellen) gemeinsam mit dem Fraunhofer-Institut für Lasertechnologie ILT, dem Jülicher Forschungszentrum und mehreren Industriepartnern die Automatisierung der Pilotlinie voran . Die Forscher entwickeln eine Anlage zur Verarbeitung der Bipolarplatten in einem Filmstreifen - "off the roll", wie das Team es nennt. Der Filmstreifen durchläuft die Maschine und alle Prozessschritte. Erst ganz am Ende werden die Bipolarplatten vom Streifen abgeschnitten und isoliert. Dieser kontinuierliche Prozess von der Rolle bis zum fertigen Artikel spart laut Fraunhofer mehrere Handhabungsschritte. Das Institut behauptet ferner, dass die Anlage so flexibel ausgelegt ist, dass Industriepartner einzelne Produktionsmodule nach Belieben austauschen und testen können.

    „Es stimmt, dass wir in Europa über viel Systemkompetenz für die Herstellung hochwertiger Brennstoffzellen verfügen. Uns fehlen jedoch die Möglichkeiten, Brennstoffzellen im industriellen Maßstab zu wettbewerbsfähigen Preisen herzustellen - Produktionslinien, wie wir sie bereits bei Hyundai oder Toyota sehen “, fasst Christoph Baum zusammen. Fraunhofer fügt hinzu, dass die Hürde der industriellen Produktionsskalierung bei Brennstoffzellen nicht zu unterschätzen ist. Ähnlich wie bei Batterien ist die Übertragung von Systemen vom Labor in die Massenproduktion eine komplexe Angelegenheit.

    fraunhofer.de

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