Verbundvorhaben „NIP II: HZwoSTACK Verbundvorhaben - Großserientaugliches Baukasten- und Baureihenkonzept eines PEM-Brennstoffzellenmoduls für eine kostengünstige und marktorientierte Entwicklung und Produktion“ „Teilvorhaben C“ BZ-Einzelzelle und großserientaugliche Montage-, Verspann- und Einlaufprozesse

Abstract

Im Rahmen des Projektes wurden die Hauptentwicklungsbereiche

Systembaukasten- und Baureihenentwicklung eines großserientauglichen Brennstoffzellenmoduls mit Überführung in eine Synthese-Auslegungssoftware, höchstfestes Endplatten-Verspannsystem, funktionsintegriertes Gehäuse-Hybridbauteil, skalierbare Verdichtereinheit für die kathodische Luftversorgungsseite (BZ-Systeme) sowie Entwicklung und Aufbau einer BZ-Einzelzelle mit anschließender Betrachtung großserientauglicher Montage-, Verspann- und Einlaufprozesse bearbeitet. Wätas bearbeitete das Teilvorhaben C - BZ-Einzelzelle und großserientaugliche Montage-, Verspann- und Einlaufprozesse – hauptverantwortlich im Arbeitspaket (AP) 5 und schnittstellenbezogen im AP 1 gemeinsam mit den weiteren Verbundpartnern. Nach Erfordernis wurden iterative Einzelschritte unter Gesamtprojektsicht organisiert und abgearbeitet. Die Entwicklung bedurfte des Nachweises, dass mit großserientauglicher Eignung eine Lösung für ein Baukasten- und Baureihenkonzept zur Herstellung von PEM-Brennstoffzellenmodulen entwickelt und geschaffen werden kann. Im Teilprojekt der WätaS wurden die entwickelten Stackkomponenten Bipolarplatte und MEA in einer Einzelzelle vermessen und beurteilt. Aufbauend auf die positiven Ergebnisse wurde ein prototypischer Stack unter Verwendung eines Vielfachen dieser Komponenten, der Integration der durch die Partner entwickelten und gefertigten Endplatten-Gehäuse-Hybrideinheit einschließlich dem entwickelten Verspannsystem, montiert. Dieser Stack wurde in einem Messstand aufgebaut und die Umsetzung eines Messkonzeptes begonnen. Alle Stackkomponenten wurden nach Grundsätzen der massenfähigen Herstellbarkeit ausgelegt und konstruiert. Der Abgleich mit anlagenspezifischen Erfordernissen belegt die Eignung. Das Konzept für eine großserientaugliche Stack-Montageanlage wurde auf der Grundlage der Projektergebnisse erarbeitet. Der geplante 5-KW Stack wurde als wiederholbares Funktionsmuster entwickelt.

Within the framework of the project, the main areas of development were identified • Modular system and series development of a fuel cell module suitable for mass production with transfer to a synthesis design software, • high-strength end plate bracing system, • functionally integrated housing hybrid component, • scalable compressor unit for the cathodic air supply side (FC systems) and • Development and construction of an FC single cell with subsequent consideration of assembly, bracing and running-in processes suitable for large-scale production processed. Wätas worked on sub-project C - BZ single cell and assembly, clamping and run-in processes suitable for large series - mainly responsible in work package (WP) 5 and interface-related in WP 1 together with the other partners. If required, iterative individual steps were organized and processed from an overall project perspective. The development required proof that a solution for a modular and series concept for the production of PEM fuel cell modules could be developed and created that was suitable for large-scale production. In the WätaS sub-project, the developed stack components, the bipolar plate and the MEA, were measured and evaluated in a single cell. Building on the positive results, a prototypical stack was assembled using a multiple of these components, integrating the endplate-housing hybrid unit developed and manufactured by the partners, including the developed bracing system. This stack was set up in a measuring stand and the implementation of a measuring concept started. All stack components were designed and constructed according to the principles of mass production. The comparison with system-specific requirements proves the suitability. The concept for a stack assembly system suitable for mass production was developed on the basis of the project results. The planned 5-KW stack was developed as a repeatable functional model.