Innovative Technologie und angewandte Forschung für die Erzeugung und Verarbeitung von Wasserstoff für die Energiewende
Die Wasserstofftechnologie spielt eine entscheidende Rolle bei der
Energiewende und bietet klimafreundliche Alternativen zu fossilen
Energieträgern. Zum erfolgreichen Hochlaufen der Wasserstoffwirtschaft
werden hochproduktive Technologien für die kostengünstige Produktion der
benötigten Baugruppen zur Erzeugung und Nutzung benötigt. Am Fraunhofer
FEP wurde eine Metallband-Pilotanlage zur plasmaaktivierten
Elektronenstrahlverdampfung für
die hochproduktive Beschichtung von Bipolarplatten für Elektrolyseure und
Brennstoffzellen qualifiziert. Die Ergebnisse werden im Rahmen der Clean
Hydrogen Convention, vom 25.-26.10.2023, am Fraunhofer Gemeinschaftsstand,
auf der Messe Dresden präsentiert.
Die Wasserstofftechnologie wird als ein Schlüsselelement zum Gelingen der
Energiewende gesehen, einerseits zur Speicherung und zum Transport
erneuerbarer Energie, andererseits um CO2-Emissionen aus fossilen
Energieträgern in Industrieprozessen und im Verkehrssektor durch
klimafreundliche Alternativen zu ersetzen. Im Zuge dessen werden derzeit
viele Maßnahmen im Rahmen der nationalen Wasserstoffstrategie der
Bundesregierung in Deutschland initiiert.
Der Markthochlauf der Wasserstoffwirtschaft erfordert hochproduktive
Technologien für die kostengünstige Serien- und Massenproduktion von
Baugruppen zur Wasserstofferzeugung und -nutzung. Das Fraunhofer FEP ist
führend in der Entwicklung von Elektronenstrahl- und Plasmatechnologien
für verschiedenste Anwendungen. Auch in der Wasserstofftechnologie können
die Vorzüge von Elektronenstrahlen von großem Nutzen sein, da sie eine
Fülle physikalischer, chemischer und biologischer Wirkungen mit hoher
energetischer Effizienz, exzellenter Präzision und technologischer
Flexibilität vereinen. Ein Beispiel hierfür ist die plasmaaktivierte
Elektronenstrahlverdampfung – ein Vakuumbeschichtungsverfahren, welches
zugleich großen Durchsatz und hohe Schichtqualität ermöglicht. Genau diese
Kombination ist für die Beschichtung von Komponenten, z. B. von
Bipolarplatten für Elektrolyseure sowie Brennstoffzellen, entscheidend.
Das Fraunhofer FEP verfügt mit der In-line-Vakuum-Beschichtungsan
über eine einzigartige Pilotanlage für die Beschichtung metallischer
Platten und Bänder und hat diese nun für die Beschichtung von
Bipolarplatten qualifiziert. Dr. Burkhard Zimmermann, Bereichsleiter für
Elektronenstrahltechnologien am Fraunhofer FEP, erklärt dazu:
„Bipolarplatten sind ein wichtiges Element von Brennstoffzellen und müssen
dort in einer chemisch aggressiven Umgebung langzeitstabil funktionieren.
Dafür müssen sie mit Beschichtungen versehen werden, welche die
Bipolarplatten zuverlässig schützen und zugleich eine hinreichende
elektrische Leitfähigkeit gewährleisten. Mit unserer Anlagentechnik und
unserem über Jahrzehnte aufgebautem Know-How in der Entwicklung
hocheffizienter Beschichtungstechnologien können wir hier einen
bedeutenden Beitrag für die Hochratebeschichtung von verschiedenen
Substraten leisten. Mittels plasmaaktivierter Elektronenstrahlverdampfung
können beispielsweise duktile, umformbare Schichten auf Metallband
aufgebracht werden, bevor diese zu Bipolarplatten geprägt werden.“
Die Beschichtung des Materials vor dem Prägeprozess gilt als
entscheidender Schritt für eine Hochskalierung der Produktion im Rolle-zu-
Rolle Verfahren. Herausforderung ist hierbei die Umformbarkeit der
Schicht. Um dies sicherzustellen wird eine dichte Makrostruktur in der
Schicht mit möglichst großen Kristalliten erforderlich. Diese
Schichteigenschaften lassen sich durch die entwickelten Prozesse am
Fraunhofer FEP realisieren; mit der Anlage MAXI steht sowohl für die
Forschung und Entwicklung als auch für die Pilotproduktion eine innovative
Rolle-zu-Rolle- sowie Sheet-to-Sheet-Anlage für die Hochratebeschichtung
entsprechender Substrate zur Verfügung.
Erste Ergebnisse bei der Beschichtung von 250 mm breiten und 50 µm dicken
metallischen Bändern mit Titan zeigten bereits homogene Schichten im
Dickenbereich von 200 nm mit grobkristallinem Gefüge, die bei
Bandgeschwindigkeiten von 10 m/min erzeugt werden konnten. Dr. Stefan
Saager, Leiter der Gruppe Beschichtung Metall und Energietechnik,
erläutert: „Vorteilhaft bei diesem Prozess ist, dass die
Substrattemperatur auf maximale Werte von unter 250 °C begrenzt werden
kann. Durch die geringe Wärmebelastung können ferner auch sensibler
Materialien wie elektrisch leitfähige Polymere beschichtet werden, die
eine innovative Alternative für Batterien und Brennstoffzellen
darstellen.“
Die Möglichkeiten der Hochratebeschichtung für Komponenten in der
Wasserstofftechnologie sowie weitere Fokusthemen in der Nutzung von
Elektronenstrahl- und Plasmatechnologien stellen die Wissenschaftler
während der Clean Hydrogen Convention 2023, am Fraunhofer-
Gemeinschaftsstand Nr. B-11 in Halle 3, auf der Messe Dresden vom 25. bis
26. Oktober vor.
Fraunhofer auf der Clean Hydrogen Convention 2023
25. – 26. Oktober 2023
Messe Dresden
Stand Nr. B-11 in Halle 3
https://hzwo.eu/veranstaltunge
Am Stand erwarten Sie folgende Exponate und Themen:
Bipolarplatten für Elektrolyseure und Brennstoffzellen
Einzigartige Metallband-Pilotanlage MAXI mit Elektronenstrahltechnologien
für hochproduktive Bipolarplatten-Beschichtung
Vortrag:
Donnerstag, 26. Oktober 2023
13:00 Uhr, NOW-Bühne CHC Fair, Halle 3
Highly productive electron beam and plasma technologies for hydrogen
applications
Dr. Burkhard Zimmermann, Bereichsleiter Elektronenstrahl, Fraunhofer FEP
