Brennstoffzellen (PEM, SOFC, DMFC, DEFC)

Brennstoffzellen wandeln chemische Energie in Form von beispielsweise Wasserstoff, Methanol oder Erdgas in elektrische Energie um. Aufgrund ihres hohen Wirkungsgrades spielt die Brennstoffzelle als Wandlungstechnologie im zukünftigen Energiesystem eine tragende Rolle.  

Die Institute der Fraunhofer-Gesellschaft identifzieren Optimierungspotenziale für Design, Materialauswahl und Betriebsstrategie und arbeiten an der stetigen Weiterentwicklung von Brennstoffzellenkomponenten, -stacks und -systemen, beispielsweise durch Schnellalterungstests für PEM-/ SOFC-Brennstoffzellen. Für ausführliche Tests und Prognosen stehen eigens entwickelte Prüfstände bereit. Der Einsatz von Energieträgern wie Erdgas und Methanol aber auch von Ethanol und synthetischen Kohlenwasserstoffen erfordert in den meisten Fällen Reformiertechnik für die Umwandlung dieser Brennstoffe in wasserstoffhaltiges Gas. Expertinnen und Experten der Fraunhofer-Energieforschung arbeiten an Katalysator- und Reaktortechnik und Systemdesigns für die Reformiertechnik. 

Weitere Informationen zum Thema Brennstoffzellen im Zusammenhang mit Wasserstoff finden Sie in unserem Themenfeld »Wasserstofftechnologien«.

Kompetenzen der Fraunhofer-Allianz Energie im Bereich Brennstoffzellen

Material- und Komponentenentwicklung

Im Rahmen der Materialentwicklung für Brennstoffzellen arbeiten Fraunhofer-Forscherinnen und Forscher unter anderem an der Membranentwicklung von PEM-Brennstoffzellen sowie an der Weiterentwicklung von SOFC-Werkstoffen und Katalysatoren. Ein wichtiges Ziel ist dabei die Lebensdauerverlängerung und Kostenreduktion der Modulkomponenten. Hier werden auch radikal neue Ansätze verfolgt, etwa die Herstellung multifunktioneller Komponenten oder der Einsatz neuer Herstellungskonzepte. Abgesehen davon wurde zudem ein Expertennetzwerk zur Entwicklung skalierbarer Produktionsverfahren initiiert, das zur Entwicklung kostengünstiger Produktionstechnologien und Fertigungskonzepten beiträgt. Weitere Informationen zum Thema Material- und Komponentenentwicklung im Zusammenhang mit Wasserstoff finden Sie in unserem Themenfeld »Wasserstofftechnologien«.

Projekte aus dem Kompetenzbereich

 

BePPel

Bipolarplatten für Brennstoffzellen und Elektrolyseure

 

CFY-Stacks

Fortschritt durch Design-überarbeitung: Mit den Stacks im Design MK351 wurde eine Plattform geschaffen, die einen weiten Einsatzbereich ermöglicht. 

 

Fügetechnik und AVT

Das Fraunhofer IKTS hat sich auf die Entwicklung von Lotmaterialien für Hochtemperaturanwendungen, insbesondere Lotgläser für SOFC, spezialisiert.  

 

FCGEN

Das Projekt FCGEN will ein vollständiges, brennstoffzellenbasiertes, 3kW Bordaggregat (APU) entwickeln und den Konzeptnachweis in einer realen Umgebung an Bord eines LKWs erbringen.  

 

GETPower

Energieautarke Flugzeugküchen: Mit GETPower soll das bereits bestehende Reformersystems weiterentwickelt werden, um eine optimierte Integration des Gesamtsystems in einen Standardtrolley zu erreichen.

Brennstoffzellen - Fertigungstechnik

Vor dem Hintergrund der Energiewende beginnt der Hochlauf der Wasserstofftechnologien. Bis 2050 werden durchschnittliche Zubauraten von etwa vier bis acht Gigawatt pro Jahr erwartet. Insbesondere im Hinblick auf eine zukünftige Wasserstoff-Mobilität steht die Brennstoffzellenindustrie vor der Hochskalierung auf eine Massenproduktion. Neben der automatisierten Fertigung von Einzelkomponenten nehmen Fraunhofer Forscherinnen und Forscher den Produktionsprozess als Ganzes in den Blick und arbeiten unter anderem am Aufbau einer Plattform für Produktionsforschung von der Komponenten- bis zur Stack-Herstellung, welche der Brennstoffzellenindustrie und den Maschinen- und Anlagenbauern Möglichkeiten zur Auftrags- und Verbundforschung hinsichtlich der Serienproduktion einschließlich Qualitätssicherung bietet. Durch den Abgleich mit verwandten Industrieprozessen versuchen wir Synergien zu schaffen und Technologien aus stärker digitalisierten Branchen zu übertragen. Gemeinsam mit Industriepartnern arbeiten wir Qualitätsmerkmale entlang der Prozesskette von der Membran bis zum Brennstoffzellenstapel heraus und entwickeln gemeinsam Schulungs- und Trainingspläne und Workshops zum Know-how-Transfer in die Wirtschaft.

Projekte aus dem Kompetenzbereich

 

»HyFab«

Forschungsprojekt für Brennstoffzellenproduktion im Großmaßstab

 

KONTIFLEX

 Massenfertigung von Graphit-Bipolarplatten

Systementwicklung

Fraunhofer-Forscher und Forscherinnen unterstützen die Industrie in Deutschland in Feldern, in denen im großen Maßstab Brennstoffzellen eingeführt werden sollen, bspw. im Automobil-Bereich, durch Testmöglichkeiten für Systemkomponenten sowie der Mitarbeit in Projekten und Gremien zur Qualitätssicherung und Standardisierung solcher Komponenten. Auch für unsere Kunden in kleineren Branchen, in denen Brennstoffzellen z.B. mit besonderen Brennstoffen oder unter speziellen Umweltbedingungen zum Einsatz kommen, bieten wir Lösungen auf Basis alternativer Technologien oder der Entwicklung maßgeschneiderter Systeme auf Basis kommerzieller Komponenten. Weitere Informationen zum Thema Systementwicklung und Systemintegration von Brennstoffzellen im Zusammenhang mit Wasserstoff finden Sie in unserem Themenfeld »Wasserstofftechnologien«.

Projekte aus dem Kompetenzbereich

 

Brennstoffzellen: Systementwicklung

 

Prometheus

Protonen-Austausch-Membran Elektrolyseurkonzept für erhöhte Temperaturen und Druckzustände.