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Fördermaßnahme: Ressourceneffizienz in der Produktion: Gezielte Gestaltung von Produkteigenschaften mit effizienten Technologien
Forschungsziel: Durch die Realisierung von langzeitstabilen Stromkollektoren konnte die Nutzungszeit von Brennstoffzellen und damit auch die Ressourceneffizienz über den Lebenszyklus deutlich gesteigert werden. Neben der hochproduktiven Rolle zu Rolle Montage der Brennstoffzellen wurden eine massenfertigungstaugliche Rollenproduktion der Substrate und ganzflächige sowie lokale Oberflächenveredlungsverfahren für Korrosionsschutz- und Kontaktschichten entwickelt. Die Einsatzgebiete der neuen ressourcenschonenden Fertigungsverfahren sind neben der Herstellung von Brennstoffzellen Bauteile der Sensortechnik, Mikroreaktionstechnik, gedruckte Schaltungen und Polymerelektronik und der Medizintechnik.
Dipl.-Ing. Stefan Scherr
+49 721 608-25286
stefan.scherr@kit.edu
Problemstellung
Brennstoffzellen werden in Zukunft einen wichtigen Beitrag zur Energieversorgung leisten, um die Energieeffizienz zu steigern, umweltschädliche Emissionen zu reduzieren und die Leistung portabler und mobiler Energiesysteme zu erhöhen. Voraussetzung dafür ist die Bereitstellung effizienter und kostengünstiger Herstellungstechnologien. Einen Entwicklungsschwerpunkt bilden dabei die Stromkollektoren und Strömungsfeldplatten (Flow Fields) der Brennstoffzellen. Von Seiten der Herstellungstechnologie, des Leichtbaus und der Robustheit bieten metallische Substrate wesentliche Vorteile. Das Fehlen von Schichtsystemen und von den dazu notwendigen Oberflächen- und Schichtverfahren für metallische Flow Fields, die einen langzeitstabilen Betrieb, geringe Kontaktwiderstände und Materialkosten gewährleisten, war ein entscheidendes Hindernis für die Markteinführung. Korrosionsstabile Systeme, die zugleich einen geringen Kontaktwiderstand sicherstellen, konnten bislang nur durch massive Goldbeschichtungen erzielt werden.
Projektziel
Aus diesem Grund war das vorrangige Ziel des Verbundprojekts LOKEDEL, den Einsatz von Edelmetallen bei der Herstellung von Komponenten am Beispiel einer Mikrobrennstoffzelle zu reduzieren und dadurch eine materialeffiziente Produktion zu schaffen.
Vorgehensweise
Dazu wurden Stromkollektoren mit lokal funktionalen Oberflächen und einer stark verbesserten Ressour-cennutzung bezüglich des Materialeinsatzes entwickelt und deren produktionstechnische Fertigung realisiert. Der Edelmetalleinsatz konnte dabei mit einer ausreichenden Lang-zeitstabilität wesentlich reduziert werden. Gleichsam wurden Schichtaufbauten generiert und untersucht, die einen langzeitstabilen Brennstoffzellenbetrieb bei kostenoptimierter Fertigung zulassen. Durch die Realisierung von langzeitstabilen Stromkollektoren konnte die Nut-zungszeit von Brennstoffzellen und damit auch die Ressourceneffizienz über den gesamten Lebenszyklus deutlich gesteigert werden. Für die Verwirklichung einer optimalen Prozesskette wurden mehrere Lösungswege mit variierenden Basistechnologien in die FuE Arbeiten einbezogen.
Ergebnis und Anwendungspotenzial
Mit den neuen Fertigungsprozessen können nun insbesondere kostengünstige Brennstoffzellen in Leichtbauweise realisiert werden, die hohe gravimetrische Leistungsdichten erzielen und somit weitere Anwendungsfelder erreichen. Die Einsatzgebiete der neuen ressourcenschonenden Fertigungsverfahren sind Bauteile, deren Funktionen durch spezifische Oberflächeneigenschaften definiert werden oder sich durch eine hohe Funktionsintegration auszeichnen. Dies sind z.B. Bauteile der Sensortechnik, Mikroreaktionstechnik, gedruckte Schaltungen und Polymerelektronik und der Medizintechnik.
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