Technologieallianz Stack2P

Brennstoffzellen sind eine elementare Komponente zur Nutzung von klimafreundlichem Wasserstoff im Verkehrssektor. Das Fraunhofer IFAM ist Teil der Technologieallianz Stack2P im nationalen Projekt H2Go im Rahmen des vom Bundesverkehrsministerium geförderten nationalen Aktionsplans zur Brennstoffzellenproduktion. Ein zentrales Ziel ist die Entwicklung von recyclinggerechten Fertigungstechnologien für Brennstoffzellen nach dem Prinzip "Design for Recycling" und die Umsetzung in eine Montage- und Demontageplattform zur anschließenden Überführung der Bauteile in skalierbare Wiederverwendungs-, Reparatur- und Recyclingkonzepte. Ziel ist es, die Produktqualität zu erhöhen, den Produktentwicklungszyklus und die Entwicklungskosten zu reduzieren sowie Produktionsfehler zu verringern.

Recycling von Materialien und Komponenten der Brennstoffzelle muss gewährleistet sein

Die genannten Ziele werden durch den flexiblen, modularen und automatisierten Aufbau einer Montage- und Demontageplattform auf Basis des "Design for Recycling" erreicht. Die Konzeption und Bewertung der Recyclingfähigkeit von Einzelkomponenten sowie die Ermittlung der Variantenvielfalt von Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzellenstapeln der übernächsten Generation sind hierfür essenziell. Dies bildet die Grundlage für die Umsetzung einer recyclinggerechten Montage und Demontage sowie der damit verbundenen Zustandsbestimmung der Brennstoffzellenstapel.

Ein wesentliches Ziel ist die Sicherstellung des Recyclings von den Materialien und Komponenten der Brennstoffzelle. Um dieses Ziel zu erreichen, wird die Rückführung von Materialien und Komponenten nach der Demontage geprüft und in Wiederverwendung, Reparatur und Recycling von Komponenten unterteilt. Bei der Wiederverwendung bzw. Reparatur von Komponenten erfolgt die Vorbereitung (Reinigung) und Zustandsbestimmung für die Rückführung in den Produktionsprozess.

Die Recyclingplattform dient dem selektiven Recycling der demontierten Polymerelektrolyt-Brennstoffzellenstapel. Dazu wird eine Pilotlinie aufgebaut, die bereits in der Entwicklung befindliche Technologien für die zirkuläre Produktion von übermorgen mit stoffselektiver Aufbereitung und Recycling berücksichtigt. Das technologische, ökonomische und ökologische Verwertungspotenzial wird anhand der realen Daten aus den Versuchen mittels Lebenszyklusanalyse bewertet. Ziel ist es, eine hohe Recycling- und Rücklaufquote der Materialien und Komponenten des Brennstoffzellenstapels zu erreichen, um eine nachhaltige Kreislaufproduktion auf Basis der Technologien von übermorgen zu ermöglichen und die deutsche Industrie von Anfang an direkt in den Entwicklungsprozess einzubinden. Letzteres kann z.B. durch Workshops gewährleistet werden, um einerseits geeignete Technologien zu scouten und diese andererseits gemeinsam mit dem deutschen Maschinen- und Anlagenbau in den Markt zu überführen.

Kleben und Dichten von Brennstoffzellenstapeln

Die Expertinnen und Experten der Klebtechnik des Fraunhofer IFAM verfügen über umfangreiche Erfahrungen im Kleben und Dichten der Schlüsselkomponenten eines Brennstoffzellenstapels. Das Kleben ermöglicht es, die Bipolarplatten aus Metall oder Graphit ohne Wärmeeinwirkung auf das Material schnell zu verbinden. Die typische Auftragstechnik für Klebstoffe ist der Siebdruck für schnelle Prozesse. Wenn die Geschwindigkeit nicht hoch sein muss, ist das Dosieren mittels Dispensen ebenfalls eine Möglichkeit. Die Klebstoffe müssen die speziellen Anforderungen einer Brennstoffzelle erfüllen (z.B. glykolbeständig sein). Es gibt verschiedene Klebstoffsysteme mit unterschiedlichen Verarbeitungseigenschaften, die für diese Anwendung verwendet werden können. Die Auswahl der Klebstoffe für Brennstoffzellen, die Qualifizierung, die Oberflächenbehandlung und die Applikation auf Proben ist eine unserer Dienstleistungen für Industriepartner in Forschungsprojekten.

Stack2P: Qualifizierung, Prüfung und Anwendung von Klebstoffen mit dem Schwerpunkt Recycling

Das Kleben und Dichten von Brennstoffzellenstapeln ist ein Muss für schnelle und kostengünstige Produktionsprozesse. Daher untersuchte das Fraunhofer IFAM im Rahmen von H2Go evaluierte Klebe- und Dichtungsstrategien für Brennstoffzellen, die den gängigen Anforderungen entsprechen, aber auch eine Demontage ermöglichen. Das Fraunhofer IFAM entwickelte mit Projektpartnern automatisierte Debonding-Strategien für die Demontage von Brennstoffzellenstapeln. Eine Kombination aus den richtigen Haftungseigenschaften und einer Oberflächenbehandlung ermöglicht ein definiertes Debonding von Rahmen und Bipolarplatte. Dies garantiert eine kontrollierte automatisierte Trennung von Bipolarplatten, Rahmen und Membran für Wartung und Recycling.