Verbundvorhaben H2Giga NG1 StaR: Stack Revolution; Teilvorhaben Entwicklung einer Fügetechnologie für die Herstellung von Stacks im GW-Maßstab

Abstract

Im Verbundvorhaben StaR – Stack Revolution wurden wesentliche Fortschritte zur Industrialisierung der alkalischen Wasserelektrolyse erzielt. Zentrales Ergebnis ist die Entwicklung eines konsequent produktions- und kostenorientierten Zell- und Stackkonzeptes, welches die Grundlage für eine skalierbare Serienfertigung bis in den Gigawattmaßstab bildet. Durch die enge Verzahnung von Material-, Zell-, Stack-, Produktions-, Logistik- und Supply-Chain-Entwicklung konnten technische Leistungsfähigkeit, Fertigbarkeit und Wirtschaftlichkeit systematisch gemeinsam optimiert werden. Auf der funktionalen Ebene wurden passende Elektroden‑, Separator‑, Folien‑, Dicht‑ und Fügematerialien ermittelt, systematisch charakterisiert und in iterativen Schritten weiterentwickelt. Dafür wurden neue Prüfstände errichtet und standardisierte Mess‑ sowie Auswertungsverfahren etabliert. Die Langzeit‑ und Post‑mortem‑Analysen lieferten fundierte Erkenntnisse zu, Degradations‑ und Ausfallmechanismen der unterschiedlichen Fügeverbindungen. Diese Erkenntnisse wurden fortlaufend in die Optimierung der Zell‑ und Stack‑Designs einbezogen. Mehrere Generationen von Short‑Stacks konnten erfolgreich aufgebaut, betrieben und validiert werden, wobei sowohl die Leistungsziele als auch zentrale Vorgaben zu Dichtigkeit, Gasreinheit und Betriebsstabilität erfüllt wurden. Ein besonders wichtiger Fortschritt besteht in der Entwicklung und Validierung von Fügetechnologien sowie alternativen Dichtungskonzepten, die den stark alkalischen Bedingungen standhalten. Die Kombination geeigneter Materialpaarungen, gezielter Oberflächenvorbehandlungen und prozesssicherer Fügeverfahren stellte dabei einen entscheidenden Schritt hin zur Serienreife dar. Hierbei wurden viele neue Erkenntnisse zum Einsatz von Klebstoffen unter AEL-Bedingungen generiert. Insbesondere die Kombination von Klebstoff und Oberfläche und die Stabilität unter Betriebsbedingungen bilden wichtige neue Erkenntnisse, welche auch auf andere Anwendungsfälle abseits der AEL angewendet werden können. Zudem wurden umfassende Ergebnisse im Bereich der Oberflächenvorbehandlung mit UKP-Laserstrahlung auf Nickel generiert, welche das allgemeine Verständnis von Adhäsionseffekten und Alterungsmechanismen erweitern. Außerdem wurde eine ausgereifte Musterfertigungsanlage bestehend aus automatisierter UKP-Laservorbehandlung, Plasmavorbehandlung, Klebstoffapplikation, Transport- und Legestationen, Füge- und Aushärtestation gemeinsam mit den Projektpartnern aufgebaut. Durch den Aufbau dieser Musterfertigung konnten Abhängigkeiten und Einflüsse der Produktionsprozesse bestimmt und die Fertigung dahingehend optimiert werden.