H2FastCell – Pilotanlage für die Produktion von Brennstoffzellensystemen

In Kürze

Ein Forschungsteam vom Fraunhofer IPA und dem Campus Schwarzwald entwickelt gemeinsam mit einem Industriekonsortium eine Roboterzelle für die automatisierte Hochgeschwindigkeitsmontage von Brennstoffzellenstacks. Damit legen sie die Grundlage für die industrielle Massenproduktion dieser emissionsfreien Technologie.

Im Detail

In der Brennstoffzellenfertigung ist das Stapeln von Bipolarplatten und Membran-Elektrodeneinheiten einer der Kernprozesse. Die Zellstapel bestehen bei Brennstoffzellen für mobile Anwendungen aktuell aus bis zu 400 Zellen, was ein präzises Aufeinanderschichten von über 800 Schichten erfordert. Dieser Prozess, das Stacking, benötigt hohe Präzision und macht einen Großteil der benötigten Zeit des Montageprozesses aus.

Deshalb möchten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler sowie Teams von fünf Unternehmen aus Baden-Württemberg bis 2023 eine Roboterzelle entwickeln, die die einzelnen Schichten einer Brennstoffzelle in Sekundenschnelle und mit absoluter Präzision montiert.

Die Technologie soll langfristig die Fertigungskosten reduzieren, um den Einsatz wirtschaftlicher zu machen. Das kann allerdings nur durch Skalierungseffekte erreicht werden, die vollautomatisierte Anlagen mit entsprechend hohen Kapazitäten erfordern. Momentan ist diese Art von Produktionsanlagen auf dem Markt noch nicht verfügbar und auch das Design der Bauteile muss hinsichtlich einer automatisierungsgerechten Konstruktion weiterhin optimiert werden.

Das Fraunhofer IPA übernimmt hierbei die Projektleitung und -steuerung des Vorhabens. Außerdem unterstützen die Wissenschaftler die Projektpartner bei der Entwicklung eines Best-fit-Konzepts sowie bei der Roboteransteuerung. Hierbei entscheidet der Roboter bereits während er mehrere Schichten parallel greift, zu welchem Stack eine Schicht anhand ihrer Abmessungen am besten passt.

Weiterhin unterstützt das Fraunhofer IPA bei der Erarbeitung der Kundenanforderungen für die Montage der Brennstoffzellenstacks sowie bei der Umsetzung eines digitalen Zwillings im Montageprozess. Die Experten des Fraunhofer IPA unterstützen bei der Identifikation und Erfassung von Qualitätsmerkmalen sowie Prozess-Einflussgrößen vor dem Montageprozess. Schließlich wird für die Überprüfung der Qualitätsparameter eine Stack-Performancetesteinheit für die montierten Stacks entwickelt, die ein elektrochemisches Qualitätsmodell für die Prozessvalidierung beinhaltet.

Aus dem Projekt resultiert bis Sommer 2023 am Campus Schwarzwald in Freudenstadt eine Demonstrator-Stackinganlage für die automatisierte Brennstoffzellenmontage. Diese Anlage wird Unternehmen für weitere Versuche, Machbarkeitsstudien und Validierungen zur Verfügung stehen.

Förderer:

Ministerium für Wirtschaft, Arbeit und Tourismus Baden-Württemberg