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Fraunhofer ISE mit f-cell Award 2020 ausgezeichnet

Der Preis wurde für die Weiterentwicklung des Flachbettsiebdrucks als industriell skalierbarer Herstellungsprozess für Brennstoffzellenelektroden verliehen.

Im Rahmen des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung BMBF geförderten Projekts DEKADE hat das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE den diesjährigen f-cell Award in der Kategorie ‚Research & Development‘ gewonnen. Das Fraunhofer ISE hat den Siebdruck als skalierbares Herstellungsverfahren für die Brennstoffzellenproduktion mit hohem Durchsatz und hoher Qualität weiterentwickelt. Dafür arbeiteten die Abteilungen ‚Produktionstechnologie – Strukturierung und Metallisierung‘ und 'Brennstoffzellensysteme' zusammen, um Kompetenzen aus der Photovoltaik und der Wasserstofftechnologie zusammenzubringen. Sie bewarben sich beim f-cell-Award mit der Einreichung ‚Through-Plane Ionomer Gradients in Fuel Cell Catalyst Layers for Enhanced Power Density‘.

Siebdruck-Verfahren

Der Siebdruck ermöglicht die industrielle Applikation von homogenen Schichten als Stapel und somit die Realisierung von innovativen, strukturierten MEA-Architekturen. Das Fraunhofer ISE hat in diesem Zusammenhang durchgehende Ionomer-graduierte Katalysatorschichten entwickelt, die eine deutlich verbesserte Leistungsdichte beim Betrieb von Brennstoffzellen ermöglichen. Bei niedrigen Stromdichten findet die Stromerzeugung nahe der Membran statt und wird noch nicht durch eine unzureichende Sauerstoffzufuhr begrenzt. Hier kann der Ionomergehalt für eine bessere Protonenleitfähigkeit in die Katalysatorschicht erhöht werden. Bei höheren Stromdichten wandert die reaktive Zone tiefer in die Katalysatorschicht hinein und die Sauerstoffwiderstände werden leistungsbegrenzend. Deshalb haben die Forscher in diesen Zonen weniger Ionomer eingearbeitet, um die Sauerstoffdiffusionswiderstände zu minimieren.

Dieser Ansatz führte zu einer optimierten Protonenleitfähigkeit und Sauerstoffversorgung. Die so erhaltene Brennstoffzelle übertraf konventionelle Referenzzellen, wie sie im Automobilbereich eingesetzt werden, um etwa 10 %. „Dies konnte erreicht werden, ohne dass neues oder mehr Material in den Produktionsprozess eingebracht werden muss, d.h. die Leistungssteigerung kann ohne Erhöhung der Materialkosten erreicht werden“, erklärt Dr.-Ing. Matthias Klingele, Gruppenleiter Zell-Analyse und Materialen am Fraunhofer ISE, der gemeinsam mit seinem Kollegen Dr. Roman Keding den Preis entgegen nahm. Baden-Württembergs Umweltminister Franz Untersteller übergab die Auszeichnung im Rahmen der Konferenz f-cell am 29. September in Stuttgart.

f-cell Award

Das Ministerium für Umwelt, Klimaschutz und Energie Baden-Württemberg und die Wirtschaftsförderung Region Stuttgart unterstützen seit 2001 den f-cell award, um herausragende Entwicklungen in einem der zukunftsfähigsten Technologiefelder –Wasserstoff und Brennstoffzellen – zu würdigen und weitere Innovationen zu fördern. Der Preis wird in den beiden Kategorien ‚Research & Development‘ und ‚Products & Markets‘ vergeben, im Fokus stehen dabei die Kriterien Innovationsgrad, Marktpotenzial und Nutzen für Umwelt und Gesellschaft.

von mg

www.ise.fraunhofer.de

www.f-cell.de

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