Erster kostengünstiger Prozess für die Massenproduktion von Mikrobrennstoffzellen entwickelt

Wurde die Brennstoffzelle hierbei als eine der Schlüsseltechnologien des 21. Jahrhunderts gepriesen, fehlten bislang schlüssige, miniaturisierte Lösungen, die sich in Masse produzieren lassen.

Unter der Koordination des Fraunhofer IZM gelang es nun einem Industriekonsortium, eine durchgängige Produktionskette für PEM-Mikrobrennstoffzellen zu demonstrieren, die eine kostengünstige Herstellung im Sekundentakt ermöglicht. In dem Ende Juni erfolgreich abgeschlossenen vom BMBF geförderten Projekt wurde eine Mikrobrennstoffzelle mit selbst regelnden Wasserstofferzeugern kombiniert, wodurch das Komplettsystem nur wenige Kubikzentimeter misst und eine Energiedichte erzielt, die zur Zeit 40 % über der von Alkali-Mangan-Batterien liegt.

In der Massenfertigung ergeben sich dabei für eine Brennstoffzelle mit etwa 2 cm² aktiver Fläche Kosten von ca. 4,50 € pro Stück.

„Neben dem Kostenfaktor und der höheren Ausbeute ist das System außerdem extrem dünn und mechanisch stabil, um in beliebigen Geräten und Mikrosystemen Platz zu finden“, so Dr.-Ing. Robert Hahn. Erreicht wurde dies durch ein planares Design mehrerer in Serie verschalteter Einzelzellen, für die eine einheitliche Ionenleiter-Membran verwendet wird.

Aufgrund der überaus feinen Strukturierung der Stromableiter konnte außerdem auf die sonst üblichen Gasdiffusionsschichten verzichtet werden, welche gewöhnlich die Medien gleichmäßig an die Folie führen.

Die komplette Fertigungstechnik der Mikrobrennstoffzelle basiert auf hochproduktiven Rolle-zu-Rolle-Techniken. Während der Anoden-Stromableiter als Endlosband existiert, werden die Membran-Elektrode-Einheit und der Kathoden-Stromableiter vereinzelt in einem Carriertape zugeführt. Mit Klebstoffen, die eine Aushärtung in 10 Sekunden ermöglichen, wird ein Durchsatz von 1000 bis 2000 Mikrobrennstoffzellen pro Stunde erreicht.

Hiermit wird erstmals eine geschlossene und durchgängige Produktionskette für Mikrobrennstoffzellen realisiert, die eine automatisierte Fertigung in Serie ermöglicht.

Die Forscher des IZM, denen bereits während des Projekts der f-cell-award in Bronze verliehen wurde, und ihre Partner haben sich nun weitere Herausforderungen gesucht: neben der Reduzierung des teuren Edelmetalleinsatzes auf den Stromableitern und einer verbesserten Steuerelektronik sollen noch größere Bauformen der Wasserstoffentwicklungszellen realisiert werden, welche neben der Energie- auch die Leistungsdichte erhöhen. Einer Markteinführung steht dann nichts mehr im Weg.