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. Der Beitrag der Firma Weil Technology GmbH zur Erreichung dieser Gesamtzielsetzung besteht in der Entwicklung geeigneter Fügeverfahrens und Werkzeuge für größere (>1000cm2 aktive Fläche) und im speziellen hochskalierte BPP (Multiplikation des Grund Flowfields) um oxidfreie und dichte Schweißnähte zu garantieren. Die Entwicklung von Spannwerkzeugen welche homogene Anpresskraftverhältnisse (Nullspalt) bei gleichzeitiger Begasung mit Schutzgas, steht als innovative Inhalt im Vordergrund.
Aktuell bedienen einzelne Polymerelektrolytbrennstoffzellen (PEMFC) Leistungsbereiche von 95 bis 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. Um BPP in solchen Größenordnungen herzustellen, müssen technologische und wirtschaftlichen Hürden überwunden werden und die gesamte Produkt- und Prozessentwicklung neu gedacht werden. Dies stellt den Forschungsinhalt von 'BiPro2Scale' dar. Im Projekt werden hierfür aus der Produktsicht 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 und -qualität berücksichtigt. Der Beitrag der CellForm Hydrogen GmbH & Co. KG zur Erreichung dieser Gesamtzielsetzung besteht in der Entwicklung eines presskraftreduzierten Umformprozesses für Bipolarhalbplatten und der Fertigung dieser Kernkomponenten mit einer aktiven Fläche von ca. 1.020 cm2.
Das Konsortium des Verbundprojekts MarrakEsH hat es sich zum Ziel gesetzt, für die Energieversorgung von Privathaushalten, kleineren Unternehmen, kritischen Infrastrukturen (z.B.Kommunikationsanlagen) und/oder mobilen Netzersatzanlagen sowie netzfernen Verbrauchern ein regeneratives, effizientes, autarkiefähiges Konzept zu erforschen und dieses als Demonstrator umzusetzen. Schlüsselelemente sind dafür ein neuartiger, modularer Multi-Port-Umrichter auf der Basis von Gallium-Nitrid-Leistungshalbleitern und dazu passenden Magnetika, die konfigurierbare Firmware für eine Mikrocontroller Unit mit Schaltfrequenzen im Megahertz-Bereich und eine innovative Wasserstofftechnik, bestehend aus einem Metallhydrid-basierten Wasserstoffspeicher samt dem dafür optimierten Brennstoffzellensystem. In einem Gesamtsystem, das aus mehreren Teilsystemen zur Erzeugung, Umwandlung und Speicherung von Energie besteht, ermöglicht der modulare Multi-Port-Umrichter gegenüber einem konventionellen Ansatz eine deutliche Reduktion der Wandlungsschritte elektrischer Energie und der damit einhergehenden Verluste. Durch den Einsatz des Metallhydrid-basierten Wasserstoffspeichers kann die Wasserstofftechnik ohne Bedenken auch in Privathaushalten oder besonders gefährdeten Umgebungen sicher verwendet werden. Das optimierte Management der elektrischen und thermischen Energieflüsse im System gewährleistet jederzeit die Verfügbarkeit der notwendigen elektrischen Energie. Zudem erlaubt die systematische Hebelung von Synergien zwischen den Teilsystemen eine effiziente, sinnvolle Nutzung der unvermeidbaren Abwärme. Der modulare Aufbau mit neuesten Bauteiltechnologien erlaubt eine einfache Skalierung und/oder Erweiterung des Systems und dient zudem der Verringerung von Wartungsaufwand, Herstellungskosten und Bauraum. Der Fokus von Infineon liegt in seinem Teilvorhaben dabei auf der Erforschung einer High Power Mikrocontroller Unit für die modulare, regenerative und autarke Energieversorgung.
Das Konsortium des Verbundprojekts MarrakEsH hat es sich zum Ziel gesetzt, für die Energieversorgung von Privathaushalten, kleineren Unternehmen, kritischen Infrastrukturen (z.B.Kommunikationsanlagen) und/oder mobilen Netzersatzanlagen sowie netzfernen Verbrauchern ein regeneratives, effizientes, autarkiefähiges Konzept zu erforschen und dieses als Demonstrator umzusetzen. Schlüsselelemente sind dafür ein neuartiger, modularer Multi-Port-Umrichter auf der Basis von Gallium-Nitrid-Leistungshalbleitern und dazu passenden Magnetika, die konfigurierbare Firmware für eine Mikrocontroller Unit mit Schaltfrequenzen im Megahertz-Bereich und eine innovative Wasserstofftechnik, bestehend aus einem Metallhydrid-basierten Wasserstoffspeicher samt dem dafür optimierten Brennstoffzellensystem. In einem Gesamtsystem, das aus mehreren Teilsystemen zur Erzeugung, Umwandlung und Speicherung von Energie besteht, ermöglicht der modulare Multi-Port-Umrichter gegenüber einem konventionellen Ansatz eine deutliche Reduktion der Wandlungsschritte elektrischer Energie und der damit einhergehenden Verluste. Durch den Einsatz des Metallhydrid-basierten Wasserstoffspeichers kann die Wasserstofftechnik ohne Bedenken auch in Privathaushalten oder besonders gefährdeten Umgebungen sicher verwendet werden. Das optimierte Management der elektrischen und thermischen Energieflüsse im System gewährleistet jederzeit die Verfügbarkeit der notwendigen elektrischen Energie. Zudem erlaubt die systematische Hebelung von Synergien zwischen den Teilsystemen eine effiziente, sinnvolle Nutzung der unvermeidbaren Abwärme. Der modulare Aufbau mit neuesten Bauteiltechnologien erlaubt eine einfache Skalierung und/oder Erweiterung des Systems und dient zudem der Verringerung von Wartungsaufwand, Herstellungskosten und Bauraum. Der Fokus von Infineon liegt in seinem Teilvorhaben dabei auf der Erforschung einer High Power Mikrocontroller Unit für die modulare, regenerative und autarke Energieversorgung.
Für die Transformation zu einer dekarbonisierten Wirtschaft ist Wasserstoff als Energieträger, -speicher und Element der Sektorkopplung ein zentraler Baustein. Normen und Standards bilden, zusammen mit den rechtlichen Rahmenbedingungen, das Grundgerüst für den erfolgreichen nationalen, europäischen und internationalen Markthochlauf dieser Wasserstofftechnologien. Normen und Standards definieren Terminologie, Schnittstellen, Sicherheits-, System- und Qualitätsanforderungen, sowie Prüfungs- und Zertifizierungsgrundlagen. Technische Regelsetzung unterstützt rechtssicheres Handeln und bildet die Grundlage für belastbare wirtschaftliche Investitionen. Das Ziel des Projekts 'Normungsroadmap Wasserstofftechnologien' ist es, die Voraussetzungen für eine vollständige Qualitätsinfrastruktur zu schaffen, die eine elementare Basis für den erfolgreichen Markthochlauf der H2-Technologien darstellt. Konkret planen die Projektparteien die Erarbeitung und sukzessive Fortschreibung einer 'Normungsroadmap Wasserstofftechnologien' und die Umsetzung der darauf basierenden konkreten Normungs- und Standardisierungsempfehlungen. Dazu werden die wichtigsten Akteur*innen identifiziert und eingebunden, damit die Umsetzung auf breitem Konsens basierend ressort- und branchenübergreifend kann. Ziel ist es, sich national abzustimmen hinsichtlich der Priorisierung von Normungsprojekten, sodass gezielt die Federführung auf europäischer und internationaler Ebene übernommen werden kann. Die Roadmap zeigt konkrete Normungs- und Standardisierungsbedarfe und Pilotprojekte auf und dient als Grundlage für projektbegleitende und anschließende Normungs- und Standardisierungsaktivitäten. Durch die enge Verzahnung der Erarbeitung der Normungsroadmap und dem Anstoßen der konkreten Normungsprojekte, wird eine schnelle und gezielte Erweiterung und Anpassung des technischen Regelwerks bewirkt.