Neue Technologien ermöglichen die effizientere Serienproduktion wichtiger Bauteile der Brennstoffzelle. (Bild: Schuler)
Fahrzeuge mit Wasserstoffantrieben führen immer noch ein Nischendasein: Schätzungsweise nur 70.000 Brennstoffzellen-Fahrzeuge (FCEVs) sind aktuell im Einsatz; die von dem Hydrogen Council vor vier Jahren sehr optimistisch vorhergesagten 13 Millionen sind bisher nicht in Sicht.
Es fehlt hauptsächlich an schnellen und präzisen Herstellprozessen für ein unscheinbares Bauteil: Die nur wenige Gramm leichte, hauchdünne Bipolarplatte (BPP), die Wasser- und Sauerstoff verteilt und trennt, Strom leitet, Wärme reguliert und die Zelle mechanisch stabilisiert. Im Brennstoffzell-Stack sitzen außer der Membran-Elektroden-Einheit rund 300 bis 400 BPP. Entsprechend hoch sind die Ansprüche an ihre Produktion: Eine wichtige Rolle spielt hier die Lasertechnik, mit der sich die Platten aus Edelstahl oder Verbundwerkstoffen rasant, gasdicht und spritzerfrei schweißen und schneiden lassen.
Rund 60 Produktionsfachleute lernten im September auf dem LKH2 Laserkolloquium Wasserstoff des Aachener Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT die Vielfalt des Lasers kennen: So lassen sich mit ihm nun auch die nass aufgetragenen Schichten der Membran-Elektroden-Einheiten trocknen und Barriereschichten in Wasserstofftanks mit dem EHLA-Verfahren (extremes Hochgeschwindigkeits-Laserauftragschweißen) auftragen.
Ideensammlung per Excel-Tabelle
Doch auch konventionelle Verfahren sind gefragt. Dazu zählen insbesondere die Servo-Maschinen der Andritz Kaiser GmbH aus Bretten, mit denen unter anderem Bleche für Automobilkarossen oder Möbelbeschläge entstehen. Bipolarplatten erfordern ein völliges Umdenken gewöhnter Produktionsprozesse. So rief Geschäftsführer Stefan Kaiser Mitarbeiter auf, Ideen in einer Excel-Tabelle einzugeben, die Fachleute auswerteten.
Die Ausbeute kann sich sehen lassen. So erhalten die BPP-Pressen nicht nur einen Servoantrieb mit integrierter KI-Regelung und den Umformprozess messende Schrauben, sondern auch eine bionische Struktur. Die an der Natur orientierte, wabenförmige Leichtbauweise halbiert das Gewicht auf 300 Tonnen, ermöglicht eine gleichmäßige Lastverteilung und reduziert Schwingungen – eine ideale Voraussetzung für das hochpräzise Herstellen von hauchdünnen, empfindlichen Platten. Fünf mechanische Servopressen in Transferbauweise hat Andritz Kaiser bisher verkauft, die 40 Platten pro Minute umformen und stanzen.
Ziel: Jede Sekunde eine Bipolarplatte
Nun hofft Kaiser auf Kunden, die Servopressen auch als schlüsselfertige Lösungen zusammen mit Lasertechnik ordern, mit der sich die Taktrate auf 60 bis 70 Hüben pro Minute erhöhen lässt. Das heißt: mindestens ein Bauteil pro Sekunde und mehrere Millionen BPP pro Jahr. Das wäre der Einstieg in die Großserie und der Ausstieg aus dem Nischendasein.