(Stuttgart / Freudenstadt) – Die Produktion von Brennstoffzellenstacks muss hochgefahren werden, deren Kosten sollen damit sinken. Ein Forschungsteam vom Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA und das Centrum für Digitalisierung, Führung und Nachhaltigkeit Schwarzwald gGmbH (Campus Schwarzwald) wollen gemeinsam deren industrielle Massenproduktion voranbringen. Dazu entwickeln sie im Rahmen eines „H2FastCell“ genannten Projekts mit einem Industriekonsortium einen Roboter für die automatisierte Hochgeschwindigkeitsmontage.
Ein Brennstoffzellenstack besteht aus aufeinandergestapelten Lagen von Bipolarplatten, worüber Wasserstoff und Sauerstoff eingeleitet werden, und Membran-Elektrodeneinheiten, in denen die beiden Elemente miteinander reagieren. „Weil bei dieser Reaktion nur eine Spannung von maximal einem Volt entsteht, müssen für einen Brennstoffzellenmotor, der zum Beispiel einen Lastwagen antreiben soll, ungefähr 400 Brennstoffzellen aufeinandergestapelt werden“, erklären die Wissenschaftler des Campus’ Schwarzwald. Dieser Prozess (Stacking) benötige hohe Präzision und mache einen Großteil der benötigten Zeit des Montageprozesses aus. Ziel der Forschungsarbeiten ist es, „die einzelnen Schichten einer Brennstoffzelle in Sekundenschnelle“ montieren zu können, so die Forscher.
Fertigungskosten reduzieren
Die Technologie solle langfristig die Fertigungskosten reduzieren, um den Einsatz wirtschaftlicher zu machen. Das könne allerdings nur durch Skalierungseffekte erreicht werden, die vollautomatisierte Anlagen mit entsprechend hohen Kapazitäten erforderten. Derzeit sei diese Art von Produktionsanlagen auf dem Markt noch nicht verfügbar und auch das Design der Bauteile müsse hinsichtlich einer automatisierungsgerechten Konstruktion weiterhin optimiert werden.
„Wenn der Durchsatz der Stacks derart erhöht wird, ist damit die Grundlage für die industrielle Massenproduktion von Brennstoffzellen gelegt. Die Preise würden fallen und der Einsatz von Brennstoffzellen in mobilen Schwerlastanwendungen wäre endgültig wettbewerbsfähig“, sagt Friedrich-Wilhelm Speckmann vom Zentrum für digitalisierte Batteriezellenproduktion am Fraunhofer IPA. Er und Erwin Groß von der Abteilung Unternehmensstrategie und -entwicklung am Fraunhofer IPA leiten das Forschungsprojekt „H2FastCell“.
Bis Sommer 2023 soll am Campus Schwarzwald in Freudenstadt eine Demonstrator-Stackinganlage für die automatisierte Brennstoffzellenmontage entstehen. Diese steht Unternehmen dann für weitere Versuche, Machbarkeitsstudien und Validierungen zur Verfügung.
Seitens der Industrie beteiligen sich fünf Unternehmen aus Baden-Württemberg: der Softwareentwickler ISG Industrielle Steuerungstechnik GmbH aus Stuttgart, der Vakuumtechnikhersteller J. Schmalz GmbH aus Glatten im Nordschwarzwald, der Sensorproduzent I-mation GmbH aus Rottweil, der Maschinen- und Anlagenbauer Teamtechnik Maschinen und Anlagen GmbH aus Freiberg am Neckar und der Automatisierungstechniker Weiss GmbH aus Buchen im Odenwald. Das Ministerium für Wirtschaft, Arbeit und Tourismus Baden-Württemberg fördert „H2FastCell“ mit rund 2,3 Millionen Euro.
Deep Link
https://www.ipa.fraunhofer.de/de/referenzprojekte/H2FastCell.html
https://www.campus-schwarzwald.de/campus-news/detail/massenproduktion-von-brennstoffzellen-wird-moeglich
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Bis Sommer 2023 will das Forschungsteam am Campus Schwarzwald in Freudenstadt eine Demonstrator-Stackinganlage für die automatisierte Brennstoffzellenmontage aufbauen. © Campus Schwarzwald
