Testbrennstoffzellen mit reduzierter aktiver Fläche dienen bei der Materialentwicklung und im Prototypenbau von Komponenten für Brennstoffzellensysteme als zentrale Versuchs-, Prüf- und Überwachungselemente. So helfen sie beim Aufbau der Wasserstoffinfrastruktur.

Solche Zellen unterstützen – eingesetzt als Sensor – die Forschung, Entwicklung und Qualitätssicherung unter realen Betriebsbedingungen. Als Verbrauchsmittel müssen sie flexibel in Form und Stückzahl, kostengünstig in der Herstellung und einfach in Austausch und Handhabung sein. Derzeit sind für solche Sensoraufgaben keine funktional angemessenen Brennstoffzellen kommerziell verfügbar. Eine Produktion ist für große Unternehmen aufgrund hoher Material- und Entwicklungskosten kein lukratives Geschäft.

In Deutschland gibt es jedoch eine robuste Infrastruktur an kleinen und mittleren Unternehmen, die dank ihrer technologischen Führung auch stark diversifizierte Märkte bedienen können. Benötigt werden im Bereich von Sensorzellen allerdings neuartige Herstellungsprozesse, die sich gegenüber Formfaktoren und Stückzahlen flexibel zeigen. Nur so ist die Entwicklung und Herstellung solcher Zellen unter realistischen Kostenszenarien für möglichst vielseitige Anwendungsfälle möglich.

In diesem jetzt gestarteten Vorhaben entwickelt das ZBT zusammen mit dem Forschungsinstitut für Edelmetalle und Metallchemie (fem) sowie dem Institut für Mikrostrukturtechnik des Karlsruher Instituts für Technologie (IMT-KIT) einen solchen flexiblen Herstellungsprozess, um unterschiedliche Test- und Sensorzellen produzieren zu können. Wegweisend ist hier eine Kombination aus der 3D-Druck- und der Galvanotechnik.

Im 3D-Druck als formwerkzeuglosem Ansatz gibt es bereits erste Verfahren, um brennstoffzellentaugliche Bauteile herzustellen. Nun soll eine nachbearbeitungs- und galvanotechnische Prozessführung entwickelt werden, mit der die 3D-gedruckten Erzeugnisse aus Kunststoff um definierte, elektrisch leitfähige Bereiche ergänzt werden können.

Als Sensorzellen assembliert werden wir diese Funktionsmuster dann an Prüfkammern für die Materialentwicklung der Brennstoffzellentechnik betreiben, um ihre Spannungssignale in Abhängigkeit möglicher Schadgaseinflüsse zu beobachten. So wird ein Proof-of-concept für den neuen Prozess nachgewiesen.

Abteilung Brennstoffzellensysteme

Projektpartner:

• Forschungsinstitut für Edelmetalle und Metallchemie
• Institut für Mikrostrukturtechnik des Karlsruher Institus für Technologie
  
  

AiF-Projektinformationen:

• IGF-Vorhaben-Nr.: 22754 N
• Kurzthema: Sensorzelle
• Laufzeit: 01.01.2023 - 31.12.2024