Ganzheitliche Produkt- und Prozessentwicklung von skalierbaren Bipolarplatten zur Umsetzung von innovativen Brennstoffzellen für CO2- neutrale Anwendungen, Teilvorhaben: Entwicklung neuer Simulationsstrategien und Umformverfahren für die Herstellung von skalierbaren Bipolarplatten

Description: Aktuell bedienen einzelne PEM-Brennstoffzellen (PEMFC) Leistungsbereiche von 95 bis max. 250kW. Dies ist jedoch für Luft-, Marine- und Schienenanwendungen sowie für stationäre Stromerzeugungssysteme nicht ausreichend, was ein Hindernis für die Energiewende darstellt. Für solche Anwendungen wären PEMFC mit einem Leistungsbereich von mind. 1 Megawatt und einer relativ hohen Lebensdauer erforderlich. Solche Leistungsanforderungen könnten allerdings nur mit skalierten PEMFC mit einer Flow Field Fläche der Bipolarplatten (BPP) von mind. 1.000cm² erzielt werden. Da BPP in solchen Größenordnungen heute aber aus technologischen sowie wirtschaftlichen Gründen nicht herstellbar sind, muss hierfür die gesamte Produkt- und Prozessentwicklung neu gedacht werden, was den Forschungsinhalt von 'BiPro2Scale' darstellt. Im Projekt werden hierfür aus produkttechnischer Sicht neue Ansätze für eine homogene Medienzufuhr und -verteilung erarbeitet. Fertigungstechnisch werden neue Umformverfahren entwickelt, um die hohen benötigten Prägekräfte zu reduzieren. Weiter werden neue Beschichtungen und entsprechende Applikationsverfahren zur Erhöhung der BPP-Lebensdauer entwickelt. Hinsichtlich der Fügetechnik werden neue Spannkonzepte sowie Fügeverfahren erprobt, die BPP in dieser Größenordnung maßhaltig fügen können. Für die Dichtheitsprüfung werden neue Prüfverfahren für skalierte BPP inklusive der erforderlichen Dichtungsapplikation erarbeitet. Dabei werden in 'BiPro2Scale' neben den technologischen Herausforderungen stets auch die Produktionskosten sowie die Produktperformance berücksichtigt. Der Beitrag des Instituts für Umformtechnik (IFU) der Universität Stuttgart zur Erreichung dieser Gesamtzielsetzung besteht in der Charakterisierung und Modellierung von metallischen Folien mit Blick auf eine möglichst rechenzeiteffiziente numerische Auslegung des Umformprozesses von Bipolarhalbplatten und darauf aufbauend in der Entwicklung eines Umformverfahrens mit reduziertem Presskraftbedarf.

SupportProgram

Tags: Stuttgart ? Brennstoffzelle ? Energiewende ? Beschichtung ? Prüfverfahren ? Modellierung ?

Region: Baden-Württemberg

Bounding boxes: 9° .. 9° x 48.5° .. 48.5°

License: Creative Commons Namensnennung-keine Bearbeitung-Nichtkommerziell 4.0

Language: Deutsch

Organisations

• Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (Finanzielle Förderung)
• Umweltbundesamt (Bereitstellung)
• Universität Stuttgart (Projektverantwortung)

Time ranges: 2025-01-01 - 2027-12-31

Alternatives

• Language: Englisch/English
  Title: Sub-project: Development of new simulation strategies and forming processes for the production of scalable bipolar plates
  Description: Currently, individual PEM fuel cells (PEMFCs) serve power ranges from 95 to max. 250 kW. However, this is not sufficient for air, marine and rail applications or for stationary power generation systems, which is an obstacle to the energy transition. For such applications, PEMFCs with a power range of at least 1 megawatt and a relatively long service life would be required. However, such power requirements could only be achieved with scaled PEMFCs with a flow field area of the bipolar plates (BPP) of at least 1,000 cm². As BPPs of this size cannot be produced today for technological and economic reasons, the entire product and process development must be rethought, which is the research content of 'BiPro2Scale'. In the project, new approaches for homogeneous media supply and distribution are being developed from a product technology perspective. In terms of production technology, new forming processes are being developed in order to reduce the high embossing forces required. New coatings and corresponding application processes are also being developed to increase the service life of the BPP. With regard to joining technology, new clamping concepts and joining processes are being tested that can join BPPs of this size with dimensional accuracy. For leak testing, new test methods for scaled BPP including the required gasket application are being developed. In addition to the technological challenges, 'BiPro2Scale' always takes production costs and product performance into account. The contribution of the Institute of Forming Technology (IFU) at the University of Stuttgart to achieving this overall objective consists of the characterization and modelling of metallic foils with a view to the most computationally efficient numerical design of the forming process of bipolar half plates and, based on this, the development of a forming process with reduced pressing force requirements. https://ufordat.uba.de/UFORDAT/pages/PublicRedirect.aspx?TYP=PR&DSNR=1139602

Status

Aktiv

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