Materialforschung Große Hybrid-Compound-Bipolarplatten lassen Schwerlaster grüner rollen

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Ein halbes Dutzend Experten hat sich überlegt, wie man den Schwerlastverkehr umweltfreundlicher machen kann. Die Antwort heißt: stabile, günstige und leistungsstark Brennstoffzellen ...

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. Und bisher dominieren Antriebe mit fossilen Brennstoffen, weil batterieelektrische Alternativen aufgrund der benötigten Akkumulatoren ein enormes Zusatzgewicht bedeuten. Im Forschungsprojekt „HyCoFC“ sinnieren Industrie- und Forschungspartner deshalb darüber, wie sie Bipolarplatten für langlebige, günstige und leistungsstarke Brennstoffzellen entwickeln können, die speziell für Schwerlastanwendungen gedacht sind. Nicht zu vergessen, die in diesem Logistiksektor benötigten langen Ladezeiten und hohen Ladeströme. Brennstoffzellen bieten dagegen aber eine vielversprechende Alternative, weil sie eine hohe Energiedichte mit einer schnellen Betankung kombinieren, wie es weiter heißt. Um den hohen Anforderungen und anspruchsvollen Bedingungen im Schwertransport aber auch gerecht zu werden, setzt man dabei auf innovative Materialkombinationen und neueste Lasertechnik. Temperaturschwankungen, mechanische Belastungen und korrosive Umgebungen belasten nämlich die betreffenden Materialien und die Verarbeitung der einzelnen Komponenten. Das will gekonnt sein.

Modulare Brennstoffzellen-Stacks für die Transportlogistik

Und dabei setzt das Projekt an. So favorisiert man eine Kombination einer metallischen Trägerfolie mit einer leitfähigen Compound-Folie, um die Vorteile beider Typen zu vereinen. Die großformatigen Hybrid-Compound-Bipolarplatten sind dabei gute elektrische Leiter, mechanisch stabil und hervorragende korrosionsbeständig – alles Eigenschaften, die für den Schwertransport entscheidend sind. Diese Platten sollen die Lebensdauer von Brennstoffzellen verlängern und gleichzeitig die Produktionskosten senken. Darüber hinaus erlaube die modulare Struktur der Brennstoffzellen-Stacks eine Skalierung für unterschiedliche Anwendungsbereiche. Der Bogen spanne sich dabei über Nutzfahrzeugen bis hin zu Schiffen und sogar stationären Anwendungen.

Das passiert im Rahmen dieses Forschungsprojekts:

Die metallische Trägerfolie stellt der Projektkoordinator Thyssenkrupp Steel mit einer Chromschicht her, um die Korrosionsbeständigkeit und die Verbindungseigenschaften zur Compound-Folie zu verbessern. Das Fraunhofer UMSICHT steuert gezielt die elektrische und thermische Leitfähigkeit der Compound-Folie, was durch die Auswahl spezifischer Materialien und die Feinabstimmung ihrer Zusammensetzung geschieht. Das Fraunhofer-ILT widmet sich der Weiterentwicklung laserbasierter Technik zur Herstellung und Funktionalisierung der Hybrid-Compound-Bipolarplatten. Auch die fügetechnischen Aspekte werden dort untersucht. Dabei forscht man an der selektiven Entschichtung der Compound-Elemente mittels Laserstrahlung und an der finalen elektrochemischen Charakterisierung des Hybrid-Stacks. Mit unterschiedlichen Lasertechniken bringen die Experten auch Mikrostrukturen in die Bauteile ein, um die Verbindung zwischen der metallischen und der polymerbasierten Komponente zu verbessern. Auch wasserstoffdicht muss dabei natürlich alles sein. Darüber hinaus entwickelt man am ILT Prozesse zum Abtragen von Materialschichten, was die elektrische Leitfähigkeit der Bipolarplatten maximieren soll.

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