Entwicklung

Die geometrische Auslegung von Bipolarplatten erfolgt am ZBT mittels 3D-CAD und simulationsgestützter Optimierung. Ziel ist die Entwicklung strömungs- und kontaktoptimierter Strukturen für metallische und compoundbasierte Ausführungen. Dabei werden relevante Parameter wie Medienverteilung, Druckverlust, Kühlkonzepte und elektrische Kontaktierung präzise berücksichtigt. Metallische Platten erfordern zusätzlich die Berücksichtigung von Umformgrenzen und Schweißspezifikationen, während Compound-BPP gestalterische Freiheiten in Kombination mit umformgerechtem Design erlauben. Das Design orientiert sich an anwendungsspezifischen Anforderungen und wird in enger Abstimmung mit Materialentwicklung und Fertigungstechnologien iterativ verfeinert.

Am ZBT werden Katalysatoren und Tinten für elektrochemische Anwendungen – insbesondere für CCMs – anforderungsspezifisch entwickelt. Die Arbeiten umfassen die Auswahl geeigneter Katalysatormaterialien, deren Synthese sowie die Formulierung stabiler und prozessierbarer Tinten. Dabei werden Eigenschaften wie Partikelgröße, Verteilung, Bindemittelanteil und Lösungsmittel gezielt auf das geplante Beschichtungsverfahren abgestimmt. Ziel ist eine hohe elektrochemische Aktivität, gute Haftung und eine reproduzierbare Verarbeitung. Die entwickelte Tinte wird in Labor- oder Pilotmaßstab appliziert und elektrochemisch charakterisiert, bevor eine Skalierung in Richtung Serienprozesse erfolgt.

Für Bipolarplatten und Dichtsysteme entwickelt das ZBT funktionalisierte polymerbasierte Werkstoffe. Im Fokus stehen elektrisch leitfähige Compounds, bestehend aus thermoplastischer Matrix und Füllstoffen, sowie elastomere Dichtungsformulierungen mit definierten chemischen und mechanischen Eigenschaften. Die Materialentwicklung berücksichtigt sowohl die Anforderungen an Leitfähigkeit, Medienbeständigkeit und Verarbeitung als auch die Kompatibilität mit nachgelagerten Prozessen wie Spritzguss oder Dispenserapplikation. Rezepturen werden systematisch variiert, im Technikum auf ihre Verarbeitbarkeit geprüft und anschließend hinsichtlich elektrischer, thermischer und chemischer Eigenschaften charakterisiert. Ziel ist eine zuverlässige Integration in skalierbare Herstellungsverfahren.

Das ZBT entwickelt maßgeschneiderte Betriebsstrategien für Membran-Elektroden-Einheiten (MEA), die auf spezifische Betriebsbedingungen und Lebensdauertests ausgerichtet sind. Dabei werden Parameter wie Stromdichte, Temperaturprofil und Feuchtigkeit optimiert, um die Effizienz und Lebensdauer der MEA zu maximieren. Durch simulationsgestützte Analyse und experimentelle Validierung werden Betriebsstrategien iterativ angepasst. Ziel ist es, den Gesamtwirkungsgrad von Brennstoffzellen zu steigern und gleichzeitig die Degradation der MEA zu minimieren. Diese Optimierungen tragen entscheidend zur Langzeitstabilität und Betriebskostenreduktion bei.

Im Rahmen der Entwicklung von Brennstoffzellenstapeln konzentriert sich das ZBT auf die Optimierung der Betriebsstrategien, um eine gleichmäßige Leistung und lange Lebensdauer zu gewährleisten. Dabei werden verschiedene Parameter wie Druck, Temperatur und Gasverhältnisse gezielt angepasst, um eine optimale Lastverteilung und minimalen Widerstand zu erzielen. Betriebsstrategien werden durch detaillierte Simulationen und Tests unter realen Betriebsbedingungen entwickelt. Ziel ist es, die Effizienz des gesamten Systems zu maximieren und die Degradationsmechanismen in den Stapelkomponenten zu minimieren, um die Lebensdauer zu verlängern und die Kosten zu senken.

Das ZBT entwickelt ganzheitliche Betriebsstrategien für Brennstoffzellensysteme, die auf die Interaktion der einzelnen Komponenten abgestimmt sind. Neben den MEAs und Stapeln werden auch Wechselwirkungen zwischen den Systemkomponenten wie Balance-of-Plant (BoP) und Systemsteuerung berücksichtigt. Ziel ist es, die Effizienz und Leistung des gesamten Systems unter realen Betriebsbedingungen zu maximieren. Hierzu werden sowohl experimentelle Tests als auch modellbasierte Simulationen genutzt, um optimale Betriebsprofile für verschiedene Lastszenarien und Umgebungsbedingungen zu entwickeln. Diese Strategien sorgen für eine langfristige Zuverlässigkeit und Kosteneffizienz des gesamten Brennstoffzellensystems.