Effizientere Brennstoffzellen durch metallisches Papier

Werkstoffe 07. 12. 2022
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Das Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM in Dresden entwickelt in einem neuen Projekt ein innovatives Gas Diffusion Layer (GDL) für mobile Brennstoffzellen, das komplett aus Metall besteht. Gemeinsam mit den Partnern der Papierfabrik Louisenthal GmbH, der balticFuelCells GmbH, der FHR Anlagebau GmbH, der Papiertechnischen Stiftung PTS sowie dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V. sollen Verbesserungen sowohl in den Einsatz- als auch den Montageeigenschaften der GDL erreicht werden, aber auch in der Fertigbarkeit selbst.

GDL sind die Gasdiffusionsschichten, die in Brennstoffzellenstacks zwischen Bipolarplatte und Elektrode angeordnet sind. Sie sorgen für eine optimale Gasverteilung sowie den Abtransport von Wasser, Wärme und Strom. Derzeit verwendete Brennstoffzellen haben diverse ­Verbesserungspotenziale: Neben ­einer Minimierung des Bauraums sind die Senkung der Herstellungskosten und eine Verlängerung der Lebensdauer Hauptthemen. Die hier adressierten GDL sind dabei für alle drei Bereiche relevant.

Ziel des Projekts SinterGDL ist die Entwicklung einer neuartigen PEM-Stack-Einheit, die gleichzeitig kostengünstig und kompakt ist. Dabei liegt ein spezielles Augenmerk auf der einfachen Höherskalierung für die Großserienproduktion aller Komponenten.

Der Clou dabei ist das verwendete ­Material für die GDL, das sogenannte Sinterpapier. Durch Prozesse, die aus der ­Papiertechnik stammen, werden organische Faserstoffe, Füllstoffe und Additive zusammen mit Metallpulver zu einem flächigen Produkt verarbeitet, das dem klassischen Papier sehr ähnlich ist. In der anschließenden Wärmebehandlung werden die organischen Bestandteile entfernt und es bleibt ein rein metallisches, poröses Material.

Vorrangig liegen die Einsatzbereiche der neuartigen GDL in mobilen Brennstoffzellen­anwendungen in Pkw, Lkw, Bus oder Bahn. Auch in der Schifffahrt ist eine Nutzung perspektivisch möglich. Des Weiteren lassen sich die Ergebnisse auch auf PEM-Elektrolyseurkonzepte anpassen und auf stationäre Anwendungen übertragen.

Das Projekt SinterGDL wird im Rahmen des Nationalen Innovationsprogramms Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie mit insgesamt 2,82 Millionen Euro durch das Bundesministerium für Digitales und Verkehr gefördert. Die Förderrichtlinie wird von der NOW GmbH koordiniert und durch den Projektträger Jülich (PtJ) umgesetzt.
Cornelia Müller

Kontakt:

Dr.-Ing. Olaf Andersen, Abteilungsleiter Zellulare metallische Werkstoffe und Komponenten, Fraunhofer IFAM, Dresden,
E-Mail: olaf.andersen@ifam-dd.fraunhofer.de

Text zum Titelbild: Brennstoffzellenstack mit GDL (© Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt)

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