Batterie oder Brennstoffzelle? Beides, denn: Während batterieelektrischen Fahrzeugen weitgehend der individuelle Personenverkehr vorbehalten ist, gilt die Brennstoffzelle in denjenigen Segmenten als vielversprechend, in denen die Batterie zu schwer und zu groß ausfällt – etwa im Nutzfahrzeug- und Schwerlastbereich, also in Zügen und Flugzeugen, Bussen und Lkw.
Um der künftigen Nachfrage von Brennstoffzellen gerecht zu werden, bedarf ihre Produktion jedoch einer Revolution: Langsame Verfahren müssen durch kontinuierliche Rolle-zu-Rolle-Prozesse ersetzt werden, und die Produktarchitektur gilt es dahingehend neu zu erfinden, als dass das Handling in der Massenfertigung vereinfacht wird. Im Rahmen des vom Bund geförderten Forschungsprojekts „Fuel Cell Performance Production“ (FCPP) widmet sich der Lehrstuhl „Production Engineering of E-Mobility Components“ (PEM) der RWTH Aachen zusammen mit Partnern aus Industrie und Forschung der Beantwortung einer zentralen Frage: Wie gelingt es, den Beschichtungsprozess der Membran einer Brennstoffzelle – eine Komponente, die um ein Vielfaches dünner ist als ein menschliches Haar – kontinuierlich, ökologisch und vor allem kostengünstig zu gestalten?
„Return on Engineering“ als Lösungsansatz
Dabei wird der Ansatz „Return on Engineering“ (RoE) zu Hilfe genommen, der bereits die Erfolgsgeschichte des Elektrofahrzeugs „StreetScooter“ mitgeschrieben hatte. „Es ist mit einem Bruchteil der herkömmlichen Investitionen möglich, ein Produkt auf den Markt zu bringen – und das auch noch in einer äußerst kurzen Zeit“, sagt Professor Achim Kampker, PEM-Leiter und Mitbegründer der StreetScooter GmbH. Konkret bedeutet das, mit einem Zehntel der Innovationskosten den Entwicklungsaufwand um die Hälfte zu reduzieren. Doch wie lässt sich eine solche Formel in der Praxis anwenden?
Zentraler Baustein ist der Einsatz eines Primotypen, der dem klassischen Prototypen vorausgeht und bereits erste Erkenntnisse erlaubt. „Wir möchten mit Hilfe eines einfachen Systems, das in eine bestehende Anlage eines Projektpartners integriert wird, schnell und kostengünstig erste Lösungsideen für den Prototypen validieren“, erklärt Philipp Reims, Projektverantwortlicher von FCPP und wissenschaftlicher Mitarbeiter am PEM: „Sobald wir uns sicher sind, wie ein entsprechender Prototyp auszulegen ist, kann man mit deutlich geringerem Risiko in ihn investieren.“
Know-how-Aufbau findet bereits statt
Geht der Prototyp in Betrieb, können am RWTH-Lehrstuhl Membranen mit der Produktionstechnik der Zukunft beschichtet werden. Der Know-how-Aufbau für den Umgang mit dem Material findet indes bereits heute statt. Am „Elektromobilitätslabor“ (eLab) der RWTH Aachen werden im Zuge des FCPP-Projekts erste Beschichtungsversuche der Membran vorgenommen und ihre Weiterverarbeitung zur Membran-Elektroden-Einheit (MEA) prozesssicher einstudiert, die aus bis zu sieben Lagen verschiedener funktionaler Schichten besteht. In der Praxis zeigt sich, dass etwa das Fügen der beschichteten Membran mit deren Randverstärkung eine echte Herausforderung ist: Aufgrund ihrer Berührungs- und Feuchteempfindlichkeit kann sich die Membran schon bei kurzem Kontakt mit der Umgebungsluft wellen, was die weitere Verarbeitung extrem erschwert.
Ein Team von RWTH-Studierenden arbeitet derzeit an einer Vakuumlösung, mit der sich das Handling der Membran beschädigungsfrei und positionsgenau realisieren lassen soll. Der Erkenntnisgewinn soll langfristig dafür eingesetzt werden, bis zum Projektende im Jahr 2025 am PEM-Lehrstuhl mehr als 1.600 Hochleistungs-MEA zu produzieren.
Forum für Austausch
Der Lehrstuhl PEM der RWTH Aachen lädt für 24. bis 28. Oktober 2022 wieder zu seiner „Woche der Elektromobilität“ ein. In diesem Rahmen finden am 27. und 28. Oktober zum zehnten Mal die renommierten „Elektromobilproduktionstage“ (EPT) als Fachtagung in Aachen und als digitale Messe statt. Dabei gewähren hochkarätige Industrievertreterinnen und -vertreter zahlreiche Einblicke in die Innovation, Entwicklung und Herstellung von Batterien, Brennstoffzellen und Elektromotoren. Auch Recycling-Ansätzen widmet sich die Jubiläumsauflage der etablierten Veranstaltung.
Anmeldung unter: www.ept-aachen.de
