Kostengünstigere Brennstoffzellen für Automobil und Flugzeug in Großserie

Titan als Blechmaterial für Bipolarplatten

Partner im Forschungsprojekt „FlyGO“ arbeiten an Konzepten, Brennstoffzellen künftig kostengünstiger in Großserie herzustellen. Ein Ansatz ist die Warmumformung von Titan und Edelstahl.

Bipolarplatten aus Titan in Großserie./Bild: Fraunhofer IPT

Die Herstellungskosten für wasserstoffbetriebene Brennstoffzellen waren bislang verhältnismäßig hoch. Damit die Kosten sinken und wasserstoff-elektrische Antriebe auf den Markt kommen, arbeitet das Fraunhofer Institut für Produktionstechnologie IPT aus Aaachen mit fünf Partnern aus Industrie und Wissenschaft im Forschungsprojekt „FlyGO“ an neuen Konzepten und Systemen für die Großserienfertigung.

Bipolarplatten haben einen hohen Gewichtsanteil am Gesamtgewicht einer Brennstoffzelle und verursachen bis zu 45 Prozent der Produktionskosten einer Zelle. Werden diese kostengünstiger produziert und in hoher Anzahl hergestellt, ergibt sich ein erhebliches Einsparpotenzial.
Je nachdem wie die Geometrie der Platten beschaffen ist, können bei der Herstellung der Zellen mit herkömmlichen Umformverfahren Risse im Blech entstehen. Eine Warmumformung kann das verhindern: Ingenieure am Fraunhofer IPT wollen durch eine lokale Erwärmung die Umformbarkeit des Blechmaterials Titan und Edelstahl verbessern und damit Risse und Ausdünnungen verhindern. Zudem wollen sie die Bearbeitungsschritte reduzieren und der Werkzeugverschleiß verringern. Das Leichtmetall Titan kann das Gewicht der Brennstoffzelle beispielsweise verringern – es ist allerdings sprödhart und kann bei Raumtemperatur nur schwer umgeformt werden. Mit Warmumformung kann Titan als Blechmaterial für Bipolarplatten eingesetzt werden.

Eine Herausforderung ist, dass die dünnen Platten nicht reißen. Simulationen der Umformverfahren Rubberforming, Stamping und Hydroforming liefern den Wissenschaftlern erste Zwischenergebnisse dazu. Das Konzept zur Großserienherstellung, das das Forschungsprojekt entwickelt, umfasst aber die gesamte Prozesskette – von der Warmumformung über das Schweißen und Beschichten bis zur Montage.

Im Projekt „FlyGO“ entwickeln die Partner darüber hinaus auch ein Konzept zur Integration eines Wasserstoff-Range-Extenders in ein batteriebetriebenes Elektroserienfahrzeug. Zum anderen arbeiten die Partner an einer gasgekühlten Wasserstoff-Brennstoffzelle in Kombination mit einem Methanol-Elektrolyseur, die gegenüber herkömmlichen Brennstoffzellensystemen mehr Leistung pro Masse aufweisen kann. Dies soll den Einsatz der Brennstoffzelle in Kurzstreckenflugzeugen und Drohnen ermöglichen.

Wie Brennstoffzellen wirtschaftlich und in Serie gefertigt werden können, zeigt das Fraunhofer IPT vom 5. bis 8. November 2019 auf der Blechexpo, der internationalen Fachmesse für Blechbearbeitung in Stuttgart. In Halle 3 am Stand 3214 erhalten Besucher einen Ausblick auf die zukünftige Großserienproduktion von Bipolarplatten. Die Aachener Forscher zeigen dort neben der Systemtechnik zur Bearbeitung hochfester und spröder Werkstoffe mit Hilfe von Erwärmungstechnologien wie dem Laser, der Induktion und Konduktion auch Beispiele von Bauteilen, die durch eine solche Warmumformung gefertigt wurden.

www.ipt.fraunhofer.de