08.02.2025
Forschung
Im Forschungsprojekt HyCoFC arbeiten Industrie- und Forschungspartner zusammen, um Bipolarplatten für langlebige, kostengünstige und leistungsstarke Brennstoffzellen speziell für Schwerlastanwendungen zu entwickeln. Um den hohen Anforderungen und anspruchsvollen Bedingungen im Schwertransport gerecht zu werden, setzt das Projekt auf innovative Materialkombinationen und neueste Lasertechnologien. So adressiert HyCoFC nicht nur die Nachhaltigkeit in der Logistik, sondern stärkt auch den Wirtschaftsstandort Deutschland und schafft zukunftsweisende Lösungen für die Energiewende.
Der Schwertransport, insbesondere der Verkehr mit Lastkraftwagen, trägt wesentlich zu den globalen CO₂-Emissionen bei. In Europa entfallen etwa 30 Prozent der Emissionen im Mobilitätssektor auf den Straßengütertransport. Bisher dominieren hier fossile Brennstoffe, da batterieelektrische Lösungen aufgrund der benötigten Akkumulatoren ein enormes Zusatzgewicht darstellen. Zudem stellen die damit verbundenen Anforderungen an Ladeströme und die Ladezeiten bedeutende Einschränkungen für den Einsatz in Schwertransportanwendungen dar. Brennstoffzellen stellen eine vielversprechende Alternative dar, weil sie eine hohe Energiedichte mit einer schnellen Betankung kombinieren.
Brennstoffzellen für den Schwertransport müssen besonders robust und langlebig sein, da sie unter anspruchsvollen Bedingungen eingesetzt werden. Hier setzt das HyCoFC-Projekt an: Die Kombination von metallischer Trägerfolie mit leitfähiger Compound-Folie vereint die Vorteile beider Materialien. Die großformatigen Hybrid-Compound Bipolarplatten bieten eine gute elektrische Leitfähigkeit, mechanische Stabilität und eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit. Dadurch soll die Lebensdauer von Brennstoffzellen verbessert und gleichzeitig die Produktionskosten gesenkt werden.
Skalierung für verschiedene Bereiche möglich
Darüber hinaus erlaubt die modulare Struktur der Brennstoffzellenstacks eine Skalierung für unterschiedliche Anwendungsbereiche, von Nutzfahrzeugen bis hin zu Schiffen und sogar stationären Anwendungen. „Diese Vielseitigkeit macht die Technologie zu einer idealen Komponente für die Energiewende im Mobilitätssektor“, erläutert Friederike Brackmann von der Abteilung Fügen und Trennen am Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT.
Wissenschaft und Industrie: Gemeinsam forschen
Das Projekt HyCoFC wird im Rahmen des Innovationswettbewerbs „Energie.IN.NRW“ gefördert, der Teil der europäischen Regionalförderung ist. Die Gesamtlaufzeit des Projekts erstreckt sich vom 15. Juni 2024 bis zum 14. Juni 2027. Mit einem Gesamtfördervolumen von rund 3 Millionen Euro wird das Projekt von einer starken finanziellen Basis getragen, die es den Partnern aus Wissenschaft und Industrie ermöglicht, umfangreiche Forschungs- und Entwicklungsarbeiten durchzuführen. Neben dem Fraunhofer ILT ist auf wissenschaftlicher Seite das Fraunhofer UMSICHT beteiligt. Die Industrieunternehmen sind Projektkoordinator thyssenkrupp Steel sowie FEV, Schepers und Cleanlaser.
Die metallische Trägerfolie stellt thyssenkrupp Steel mit einer Chromschicht her, um die Korrosionsbeständigkeit und die Verbindungseigenschaften zur Compound-Folie zu verbessern. Fraunhofer UMSICHT steuert gezielt die elektrische und thermische Leitfähigkeit der Compound-Folie durch die Auswahl spezifischer Materialien und die Feinabstimmung ihrer Zusammensetzung. Das Fraunhofer ILT widmet sich im Rahmen des Projekts der Weiterentwicklung laserbasierter Technologien für die Herstellung und Funktionalisierung der Hybrid-Compound Bipolarplatten. Wobei sich Friederike Brackmann vor allem um die fügetechnischen Herausforderungen kümmert und ihr Kollege Tobias Erdmann aus der Abteilung Oberflächentechnik und Formabtrag des Fraunhofer ILT um die selektive Entschichtung der Compound Elemente mittels Laserstrahlung und der finalen elektrochemischen Charakterisierung des Hybrid-Stacks. Mit unterschiedlichen Lasertechniken bringen sie Mikrostrukturen in die Bauteile ein, um die Verbindung zwischen der metallischen und der polymerbasierten Komponente zu verbessern. Darüber hinaus entwickeln sie Prozesse zum Abtragen von Materialschichten, was die elektrische Leitfähigkeit der Bipolarplatten maximiert.
Im hauseigenen Hydrogen Lab des Fraunhofer ILT testet Brackmann hier beispielsweise, wie sich die Bipolarplatten mit Laserstrahlschweißen wasserstoffdicht und reproduzierbar verbinden lassen. Erdmann untersucht, wie der Übergangswiderstand zwischen Bipolarplatte und Gastransportschicht optimiert werden kann. „Wir legen das leitfähige Grafitfüllmaterial im Kontaktbereich zur Gastransportschicht frei“, erklärt der Forscher. „Anders als mechanische Schleifverfahren kann ultrakurz gepulste Laserstrahlung den Kunststoff selektiv entfernen, ohne das Füllmaterial zu beschädigen.“
(Quelle: Pressemeldung Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT)