Erfolgreiche Kostenreduzierung in Brennstoffzellen-Systemen

Erfolgreiche Kostenreduzierung in Brennstoffzellen-Systemen durch neue Komponenten und Konzepte für portable Energieversorgungssysteme

Drei Industrieunternehmen und zwei Forschungsinstitute arbeiten seit Juni 2003 eng an der Entwicklung von kostengünstigen Brennstoffzellensystemen. Basis des vom Bundesministerium für Wirtschaft und Arbeit (BMWA) geförderten Projektes sind neuartige Komponenten und Brennstoffzellensysteme. Am Ende des dreijährigen Projektes sollen konkurrenzfähige Energieversorgungseinheiten stehen und einen Markt für diese neue Technologie erschließen.

In der ersten Hälfte des Projektes wurden bereits erfolgreich neue Materialien entwickelt und Herstellungsverfahren für die Membranen und Bipolarplatten als Komponenten für Brennstoffzellen getestet. Die Kostenreduktionspotenziale durch Materialeinsparungen und Systemvereinfachungen, die zum Verzicht oder Zusammenfassung von Bauteilen führen, stehen im zweiten Projektabschnitt im Mittelpunkt der Entwicklungsarbeit bei den Kooperationspartnern.

Neue graphitische Werkstoffe von SGL Technologies GmbH zur Stromableitung und Medienversorgung wurden in übergreifender Zusammenarbeit erprobt. Die entwickelten Komponenten wurden nach Vorgaben der Hersteller der Brennstoffzellenstapel (Stacks) gefertigt und erfolgreich eingebunden. Für die geänderten Konzepte wurden von FuMA-Tech spezielle Dünnfilm-Membranen für die Polymer-Elektrolyt-Membran Brennstoffzelle (PEMFC) gefertigt, die eine interne Nutzung des Reaktionswassers zur Leistungssteigerung ermöglichen. Durch anorganische Modifikationen wurden die verwendeten Membranen der FuMA-Tech speziell für den Einsatz in der Direkt-Methanol-Brennstoffzelle (DMFC) zugeschnitten. Dadurch wurden Kosteneinsparungen durch verringerten Materialeinsatz bei gleichzeitiger Verbesserung der Eigenschaften erreicht.

Auf Basis dieser neuen Materialien wurden in den Forschungszentren optimierte Membran-Elektroden-Einheiten hergestellt, neue Strukturen bei den Stacks entwickelt und erfolgreich getestet. Die luftgekühlten PEMFC-Stacks des Zentrums für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung (ZSW) kommen ohne externe Befeuchtung aus und arbeiten mit einem innovativen Wärmemanagement. In den DMFC-Stacks des Forschungszentrums Jülich wurden erstmals neuartige vereinfachende Verspannungskonzepte für einen modularen Aufbau eingesetzt. Dadurch ergeben sich erheblich kompaktere Baueinheiten mit einfachen und kostengünstigen Fertigungsabläufen.

Erste Stacks aus diesen laufendenden Entwicklungen wurden vom ZSW und vom Forschungszentrum Jülich an die CEAG AG – die Holding der FRIWO – für grundlegende Arbeiten bei der Integration in Brennstoffzellen-Systeme übergeben. Bei CEAG findet eine Implementierung in anwendungsnahe Energieversorgungssysteme mit einer Dauerleistung von 300 W statt. Auch hier wurden Einsparungspotenziale aufgegriffen und durch eine intelligente Systemsteuerung und durch kombinierten Einsatz mit Akkumulatoren (Hybridkonzept) die Anwendbarkeit deutlich verbessert. Für eine erfolgreiche Anwendung in der Praxis müssen unter anderem die Anforderungen an die Überwachungselektronik und essenziellen Fragen des Treibstoffes sowie der Versorgungsinfrastruktur in Zusammenarbeit mit CEAG beantwortet werden.