Verbundvorhaben: FCPP - Fuel cell performance production; Teilvorhaben: Entwicklung und Fertigung des Prüfstandes für Alterungstests (AP 6)

Abstract

Auf dem Weg zu einem emissionsfreien Energiemarkt spielen PEM-Brennstoffzellen eine Schlüsselrolle. Eine der größten Herausforderungen für ihre breite Kommerzialisierung bleibt jedoch die Reduzierung der Systemkosten bei gleichzeitiger Steigerung von Leistung, Effizienz und Lebensdauer. Das Verbundprojekt Fuel Cell Performance Production (FCPP) adressierte diese Herausforderung durch die Entwicklung von Strategien zur Optimierung von Materialien, Produktionsprozessen und Prüfmethoden für PEM-Brennstoffzellen. Ziel war die Entwicklung leistungsfähigerer und langlebigerer Brennstoffzellen-Stacks bei reduzierten Herstellungskosten. Im Rahmen des Teilvorhabens der ENORISE GmbH wurde ein hochdynamischer Prüfstand für die Untersuchung von Membran-Elektroden-Einheiten (MEA), Einzelzellen und Short-Stacks entwickelt, gefertigt und am Wasserstofflabor der RWTH Aachen University integriert. Der Prüfstand ermöglicht die präzise Regelung aller Medien und unterstützt reproduzierbare Alterungs-, Performance- und Belastungstests unter realitätsnahen Betriebsbedingungen. Dies umfasst unter anderem automatisierte Start- und Shutdown-Prozeduren, elektrochemische Impedanzspektroskopie, Cyclovoltammetrie sowie standardisierte und beschleunigte Lebensdauertests (AST). Die Entwicklung umfasste die vollständige mechanische, elektrische und sicherheitstechnische Auslegung des Prüfstands sowie die Implementierung einer modularen Automatisierungssoftware mit umfangreichen Bedien- und Diagnosefunktionen. Trotz erheblicher Herausforderungen durch globale Lieferengpässe nach der Coronakrise konnte eine robuste und flexibel einsetzbare Prüfplattform realisiert und an die RWTH übergeben werden. Der entwickelte Prüfstand stellt eine wesentliche Forschungsinfrastruktur für die Untersuchung von Degradationsmechanismen und die Entwicklung realistischer beschleunigter Alterungstests von PEM-Brennstoffzellen dar. Die erzielten Ergebnisse leisten einen wichtigen Beitrag zur Verbesserung zukünftiger Brennstoffzellensysteme und unterstützen die Überführung innovativer Zell- und Stack-Technologien in eine wirtschaftliche Serienproduktion. Darüber hinaus wurden die Projektergebnisse bereits in mehreren wissenschaftlichen Veröffentlichungen genutzt und bilden die Grundlage für weitere Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten im Bereich der Wasserstofftechnologien.