HYFAB: FORSCHUNGSFABRIK FÜR BRENNSTOFFZELLENSTACKS - FRANK HÄUßLER, ULF GROOS, LUDWIG JÖRISSEN - NOW ...
←
→
Transkription von Seiteninhalten
Wenn Ihr Browser die Seite nicht korrekt rendert, bitte, lesen Sie den Inhalt der Seite unten
Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-
Forschung Baden-Württemberg
HyFaB:
Forschungsfabrik für Brennstoffzellenstacks
Frank Häußler, Ulf Groos, Ludwig Jörissen
Inhalt • HyFaB: Idee und Inhalte • Gesamtkonzept • Erste Ergebnisse • Zusammenfassung 2 17.08.2021 HyFaB
HyFab Projekt: Initiatoren und Finanzrahmen
• Initiatoren
• ZSW (Standort Ulm) und Fraunhofer ISE (Freiburg) für F&E
• VDMA mit Industriesteuerkreis
• Fördervolumen Land Baden-Württemberg: 18,5 Mio. €
• Ulm: Neues Gebäude 10,5 Mio. €; Basistechnologie 3,8 Mio. €
• Freiburg: Beschichtungstechnik 3,2 Mio. €
• Förderzeitraum: 2019 - 2023
• Förderung durch BMVI in Aussicht gestellt
• Fördervolumen: 30,0 Mio. € für Forschung
• Förderzeitraum: 2022 - 2030
3 17.08.2021 HyFaB
Kernfrage zur Stackassemblierung
Rückmeldung aus Industrieworkshops im Rahmen HyFaB-BaWü
• Unternehmen aus dem Maschinen und Anlagenbau brauchen Komponenten und Teile in
ausreichender Menge und Qualität zur Prozessentwicklung
− Greifen
− Bewegen
− Positionieren
− Prüfen
• Der Einfluss der Produktionsbedingungen auf Qualität, Leistung und Lebensdauer von Stacks ist
unbekannt
− Mechanische Toleranzen
− „Bananizität“
− Einfluss der Produktionsumgebung
• Temperatur
• Feuchte
• Schmutz / Partikel
• Belastbare, konsistente, für die Fachöffentlichkeit zugängliche Testdaten fehlen
• Notwendiger Aufwand für Inbetriebnahmeprozesse
4 17.08.2021 HyFaB
HyFaB Projekt – „In a Nutshell“
• Bereitstellen eines offenen, modularen Stack-Designs zum Testen und Verbessern neuer
Fertigungsprozesse und Systemkomponenten
• Abdeckung der Wertschöpfungskette bis hin zum Stack
• Erarbeiten von Qualitätssicherungssystemen
• Generierung von Branchenwissen, Ausbildung von Fachkräften
• Unterstützung der Automobilindustrie und der Zulieferindustrie
• Etablieren von Lieferketten
• ZSW & Fraunhofer ISE bieten 30+ Jahre Erfahrung mit der Umsetzung von Wasserstoff- und
Brennstoffzellentechnologie in marktfähige Produkte
VDMA bietet ein vielfältiges Netzwerk in der Brennstoffzellenbranche
• Erster Schritt: Land Baden-Württemberg fördert mit 18,5 Mio. € (10,5 + 3,8 Mio. € für ZSW)
− F&E-Projekte in Ulm und Freiburg
− Neubau HyFaB Gebäude in Ulm, Inbetriebnahme Anfang 2022
• Nächste Schritte:
− Etablieren eines Innovationsclusters Brennstoffzellenfertigung
− Start von F&E-Projekten
5 17.08.2021 HyFaB
HyFaB: Forschungsfabrik für Brennstoffzellenstacks
• Verbundprojekt des ZSW und Fraunhofer-ISE
Training und • Bereitstellen eines offenen, modularen Stack-Designs
Qualifikation zum Testen und Verbessern neuer Stack-
Fertigungsprozesse und -komponenten
• Qualitätssicherungssysteme erarbeiten
Fertigung
• Branchenwissen generieren , Fachkräfte ausbilden
• Automobilindustrie und Zulieferindustrie unterstützen
Qualität • Lieferketten etablieren
Lebensdauer
Katalysatorschicht Roboterassistierte
Stackfertigung
6 17.08.2021 HyFaB
Wertschöpfungskette / Arbeitsteilung Kernteam
Clustermanagement, Industriesteuerkreis
AP Q
AP H1 AP H2 AP H3 AP H4 AP H5 AP H6
Katalysator Faser Substrat Bipolarplatte
Paste Hydrophobierung
Decal GDL
Transfer MPL
Membrane CCM MEA Stapelaufbau Fabrikabnahme Konditionierung
Transfer MPL
ZSW
Dekal GDL
Fraunhofer ISE
Paste Hydrophobierung VDMA
Katalysator Faser Substrat Balance of Stack Zulieferteil
AP T
7 17.08.2021 HyFaB
HyFaB Forschungsthemen
Übergreifende Themen
- Industrienetzwerk (Cluster)
- Aus- und Weiterbildung
- Qualitätssicherung, Unterstützung Harmonisierung & Standardisierung
- Daten- Informationshandling entlang der Wertschöpfungskette
- Fabrikplanung, Prozessplanung
Stack-Assemblierung
MEA-Assemblierung Fabrikabnahme /
- Referenzstack
CCM Beschichtung Erstinbetriebnahme
- Rollenprozess - Generisches Open Source
- Grenzmuster Design
- Verfahren - Qualität & Sauberkeit - Prüfumfang
- Qualität & Sauberkeit - Auswirkungen von
- Prozessstabilität - Auswirkung auf Leistung & - Auswirkung auf Leistung & Fertigung, EoL-Prüfung
- Qualität Lebensdauer Lebensdauer und Konditionierung
- Prüfung - Langfristig: Alternative zu auf Leistung & Qualität
„Pick and Place“
8 17.08.2021 HyFaB
HyFaB: Zeitschiene im Überblick
Management Industriecluster / Industriesteuerkreis
18,5 Mio. € Landesförderung
Bundesförderung(30 Mio. €, zuzgl. Industrie)
Angewandte Forschung und Querschnittsthemen
Aus- und Weiterbildung (theoretisch und praktisch, akademisch und berufsbildend)
F&E-Startprojekte mit Industrie
F&E-Projekte mit Nutzung der HyFaB Infrastruktur
2020 2025 2030
9 17.08.2021 HyFaB
HyFaB-BaWü: Laufende Arbeiten zur CCM Herstellung
Infrastruktur
• Herstellung Arbeitsschutz
− Betriebsanweisungen
− Gefährdungsbeurteilungen
− Handlungsanweisungen Glove-Box für die
Herstellung von
• Einbringung und Inbetriebnahme von Anlagen Katalysatortinten auf Basis
von Gefahrstoffen wie
nanoskaligen Pulvern.
• Entwicklung von Basisprozessen und –methoden
für die MEA-Fertigung und Charakterisierung
• Zentrale Multifunktionsanlage beauftragt
(Coatema)
− Aufwertung des Basisprozesses (Siebdruck) mit CAD Zeichnung von dem
multifunktionaler Druckanlage Coatema Easycoater mit
• Schlitzdüse Modulen für Druck-und
• Flexo- und Gravurdruck Trocknungsprozesse für
die Entwicklung von
− Voraussichtlicher Liefertermin: Januar 2022 Brennstoffzellen in HyFab.
10 17.08.2021 HyFaBHyFaB-BaWü: Tinteneinfluss auf die Prozessstabilität und
Zellleistung
• Fließverhalten der Tinten (Rheologie)
− Siebdruck (scherverdünnendes Verhalten
• Zusammensetzung der Tinten hat entscheidenden
Einfluss auf den Druckprozess und die
charakteristischen Parameter der MEA
• Lösemittel entscheiden über Prozess-
stabilität und Zellleistung
− Siedepunkte bestimmen Prozessstabilität und
Prozesskosten
− Lösemittelart beeinflusst Zellleistung
− Beispiel: 1,2 Propandiol mit bester Leistung
11 17.08.2021 HyFaBHyFaB-BaWü: Generischer Stack, ein offenes und modulares
Stackdesign
Bereitstellung von Musterteilen nach Stand der
Technik für die Branche
• Vorarbeiten im FVV-Projekt „generischer Stack“
− Konsens bei „High Level“ Spezifikationen
− Grundauslegung für metallische BPP verfügbar, „Seal on
Plate“ Konzept
BPP-Auslegung Einzelzelle
− Strömungssimulationen verfügbar (Halbzellen und
Einzelkanal)
Wasserstoffgehalt
• Bedarf an Musterteilen aus der Industrie ist vorhanden Anode im Kanal
• Leistungsdichte verträglich mit Automobilanwendung
(bis 150 kW)
• Frei von Rechten Dritter (angestrebt)
• Bipolarplatten in metallischer und graphitischer
Bauweise möglich Kathode
• EKPO als Industriepartner für Serienproduktion
metallischer Bipolarplatten
Sauerstoffgehalt
auf der Aktivfläche Rendering: 300-Zell-Stack
12 17.08.2021 HyFaBHyFaB-BaWü: Einfahren von Stacks (100 cm2-Format)
Stromrampe
Bis eine
mittlere Zellspannung
von 0.4 V erreicht wurde
Einstufig (fast)
Zweistufig (medium)
Stromrampe
Bis eine mittlere Zellspannung
von 0.55 V erreicht wurde,
Ruhephase übers Wochenende
Stromrampe
Bis eine mittlere Zellspannung
von 0.55 V erreicht wurde.
13 17.08.2021 HyFaBDie Einfahrprozedur hat einen entscheidenden Einfluss auf das
Betriebsverhalten
Thermographie nach
Dauertest
14 17.08.2021 HyFaBHy-FAB Gebäudekomplex Lise-Meitner-Straße – Bauabschnitt 1+2
Produktionshalle HyFaB ® Büro/Energiezentrale Testhalle HyLife® Gaselager
45 x 20 m Grundfläche 40 x 20 m Grundfläche 56 x 20 m Grundfläche 1.000.000 m³ H2/Jahr
Zweigeschossig (1.800 m²) Dreigeschossig (1.800 m²) Zweigeschossig (2.200 m²) Zwei Trailerstationen
Stackproduktion Beinhaltet komplette Brennstoffzellentestzentrum Weitere Gase: O2/N2/Ar
Energieversorgung
HyFaB Kopfbau
Dreigeschossig (1.800 m²)
mit Seminarraum HyFaB + Labore Fertigstellung Ende Q1/2022
15 17.08.2021 HyFaBHyFaB-Gebäude Lise-Meitner-Straße in Ulm
• Bauabschnitt 1
• Gaselager
• Versuchshalle
• Büroarbeitsplätze
• Bauabschnitt 2
• Fertigungshalle
• Seminarbereich
16 17.08.2021 HyFaBZusammenfassung • Die Arbeiten zu HyFaB-Ba-Wü wurden begonnen • Die Auslegung der Komponenten für den generischen Stack wurde abgeschlossen und die Realisierung der Bipolarplatten mit EKPO gestartet • Erste wissenschaftliche Arbeiten zur Herstellung von CCMs sowie zum Einfluss von Inbetriebnahmeprozeduren von Stacks wurden begonnen • Innovationscluster unter Federführung des VDMA befindet sich in Gründung • Anlagen zum Auf- bzw. Ausbau der Laborinfrastruktur wurden spezifiziert und befinden sich in der Beschaffung • Die Baumaßnahmen für das HyFaB-Gebäude in Ulm wurden begonnen und sind im Zeitplan 17 17.08.2021 HyFaB
Sie können auch lesen
