Forschung

Brennstoffzellenfahrzeuge können in Ergänzung zu Batteriefahrzeugen die Anwendungen mit großen Reichweiten und schnellen Tankzeiten abdecken, und werden für PKW, Busse, LKW und Züge bereits eingesetzt. Insbesondere in Korea, Japan und China sind Produktionslinien entstanden. Daher gewinnen die Entwicklung von Produktionsprozessen und die Qualitätssicherung zunehmend an Bedeutung, auch in den F&E-Arbeiten und Dienstleistungen des ZBT. Die Brennstoffzellentechnologie für Fahrzeugantriebe hat spezielle Anforderungen an die Leistungsdichte, eine kompakte Bauweise ist wichtig insbesondere für die Integration in einen PKW. Das ZBT hat inzwischen für und mit verschiedenen Partnern Brennstoffzellenstapel für automotive Anwendungen entwickelt und getestet. Entscheidend ist hier das Zusammenspiel zwischen komplexer Medienführung und hoher Leistungsdichte einerseits und Herstellbarkeit und Kostenstruktur anderseits. Schwerpunkt der Arbeiten im ZBT sind dabei die Bipolarplatte, die die Reaktionszone mit Medien versorgt, die Dichtungstechnik und die Membran-Elektroden-Einheiten (MEA), an denen die eigentliche Reaktion stattfindet. Die MEA ist ein Schichtsystem aus Anode, Kathode und polymerem Festelektrolyt und wird jeweils zwischen zwei Bipolarplatten angeordnet. Die Forschung im Bereich der Brennstoffzellentechnologie ist extrem vielfältig und reicht von der Verbesserung der Komponenten im Brennstoffzellenstapel bis zur Untersuchung von Systemaspekten im realen Betrieb. Dementsprechend gehören diverse unterschiedliche Charakterisierungsverfahren und speziell entwickelte und von Mitarbeiter*innen des ZBT konzipierte und aufgebaute Teststände zum Portfolio. Durch diese langjährige Erfahrung kann das ZBT oft spezielle Dienstleistungen anbieten, die mit kommerziellen Testständen nicht realisierbar wären. Elektrochemische Charakterisierungsverfahren für Brennstoffzellen, Batterien und Elektrolyseure, Verfahren zur Modellierung und Simulation, zur strömungstechnischen Optimierung sowie ein Compound-Technikum sind etabliert.

Ein weiterer Fokus der Arbeiten des ZBT zeigt sich im Aufbau eines Wasserstofftestfeldes von der Elektrolyse bis zu einer Forschungstankstelle und die Einrichtung eines Wasserstoffanalytiklabors, in dem die Einhaltung der strengen Qualtitätsanforderungen an die Wasserstoffreinheit an den Tankstellen überprüft werden kann. Die Herausforderung ist hier, kommerziell verfügbare Analysengeräte soweit zu ertüchtigen, dass die niedrigen Grenzwerte der Norm tatsächlich reproduzierbar gemessen werden können. Gemeinsam mit dem Zentrum für Sonnenenergie und Wasserstoffforschung in Ulm werden die Analyseverfahren bewertet und die Ergebnisse verglichen, so dass zwei qualifizierte Laboratorien in Deutschland entstehen. Um der Aufgabe, die Wasserstoffqualität überprüfen zu können, auch praktisch nachzukommen, wurde zudem ein Probennahmesystem entwickelt, mit dem an den knapp 80 Wasserstofftankstellen in Deutschland Qualitätsuntersuchungen durchgeführt werden können. Noch wichtiger ist jedoch noch die Klärung der Frage nach dem Schädigungspotential einzelner Verunreinigungen und der Notwendigkeit der Höhe der gesetzten Grenzwerte, die Entwicklung einer Sensorik (in Kooperation mit der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf), die Brennstoffzellenfahrzeuge geeignet schützen kann und angepassten Betriebs- und Wartungsstrategien.