FCPP – Fuel Cell Performance Production - Fuel Cell Performance Production; Teilvorhaben: Entwicklung von innovativen CCMs hergestellt mittels primotypischer Beschichtungsanlage sowie der Benchmark mit einer bei Laufenberg hergestellten Referenz-CCM

Abstract

Ziel des Vorhabens war die Entwicklung einer innovativen Herstellungsmethode für katalysatorbeschichtete Membranen (CCMs) mittels eines neuen Beschichtungs- und Laminiermoduls ("Primotyp"). Diese Technologie soll langfristig effizientere und kostengünstigere Brennstoffzellen-CCMs ermöglichen. Im Projekt wurden zunächst die technischen Anforderungen an CCM, MEA und den Produktionsprozess definiert, darunter Zielwerte für Katalysatorbeladung, Schichtdicke, Membranmaterial und Qualitätskontrolle. Darauf aufbauend entstand ein neuartiger Beschichtungs- und Laminierprototyp ("Primotyp"), der erfolgreich in die bestehende Pilotanlage integriert und zertifiziert wurde. Wesentliche Entwicklungen waren die Auslegung einer geeigneten Schlitzdüse, die Auswahl eines glasfaserverstärkten PTFE-Bands ohne störende Nahtstelle sowie der Aufbau einer zuverlässigen IR- und Walzentrocknung. Im Zuge zahlreicher Material- und Prozessversuche wurden optimale Laminierbedingungen, geeignete Walzenmaterialien und Bandgeschwindigkeiten ermittelt. Parallel dazu wurde die Referenz-CCM im Decal-Verfahren weiter optimiert, sodass über drei Generationen eine deutliche Leistungssteigerung erzielt wurde. Für die innovative CCM wurde die Katalysatordispersion rheologisch angepasst, insbesondere durch Erhöhung des Feststoffgehalts und Anpassung des Ionomer/Kohlenstoff-Verhältnisses. Mit dem Primotyp konnten schließlich erstmals katalysatorbeschichtete Membranen im neuen Verfahren hergestellt werden. Die innovativen CCMs zeigten eine gute Schichthomogenität und erzielten bereits stabile Performancewerte, auch wenn sie noch etwas unter denen der langjährig optimierten Referenz-CCM lagen. Insgesamt konnte ein voll funktionsfähiges, neues Produktionsmodul mit erfolgreich hergestellten, benchmarkfähigen CCMs realisiert werden.