Entwicklungsstart: Flexibel auslegbare Sensor-Brennstoffzellen mit 3D-Druck- und Galvanotechnik herstellen

Das ZBT entwickelt mit Partnern ein Verfahren zur wirtschaftlichen Produktion von Sensor-Brennstoffzellen in geringen Auflagen mittels 3D-Druck und Galvanotechnik. Solche Zellen werden in der Entwicklung von Brennstoffzellensystemen eingesetzt.

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.

CAD-Modell des zentralen Sensorzell-Bauteils im Kontakt zur MEA

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:

AiF-Projektinformationen:

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

Bildersammlung

Arbeitsprogramm der F&E-Partner für die Prozessentwicklung (zum Vergrößern Bild anklicken)

Frühes CAD-Modell des zentralen Sensorzell-Bauteils im Kontakt zur MEA (zum Vergrößern Bild anklicken)

Weitere Projekte

2. Dezember, 2025

CleanH2Shipping – Wasserstoff-Ökosystem für die Binnenschifffahrt

Was brauchen Binnenschiffe, um in Europa mit Wasserstoff als Treibstoff sicher und sauber unterwegs sein zu können? Eine Möglichkeit: ein einheitliches Treibstoffsystem mit austauschbaren Wasserstoff-Tanktainern. In dem Projekt CleanH2Shipping befasst sich ein multinationales Konsortium sowohl mit der Technik als auch mit der Regulatorik und Sicherheit eines solchen Systems.

7. Oktober, 2025

PEMGALVANOKAT – Langlebige, Platin-reduzierte Kathoden für PEM-Brennstoffzellen

Drei Forschungsinstitute arbeiten an einem Verfahren, um bei der Herstellung von Katalysatoren für Brennstoffzellen teures Platin einzusparen. Gleichzeitig soll die Leistungsfähigkeit der Zellen deutlich gesteigert werden.

1. Oktober, 2025

HOLMES-AEM – Hochdurchsatz-Katalysatoren für die AEM-Elektrolyse

Das ZBT entwickeln mit der Universität Duisburg-Essen und dem Fraunhofer IMWS ein neuartiges Verfahren zur Herstellung und Charakterisierung edelmetallfreier Katalysatoren für die alkalische Membranwasserelektrolyse (AEM-WE).