Verbundprojekt für Brennstoffzellen der Zukunft

Ganzheitliche Produkt- und Prozessentwicklung von skalierbaren Bipolarplatten zur
Umsetzung von innovativen Brennstoffzellen für CO2-neutrale Anwendungen

Das Vorhaben adressiert die Entwicklung von PEM-Brennstoffzellen für einen Leistungsbereich
von mindestens 1 Megawatt für Luftfahrt, maritime Anwendungen und Schienenverkehr sowie
für stationäre Stromerzeugungssysteme. PEM-Brennstoffzellen, die derartige Leistungsbereiche
abdecken, können nur mit hochskalierten Bipolarplatten (BPP) mit einer Fläche von mindestens
1000 cm² erreicht werden, für die eine Produkt- und Prozessentwicklung völlig neu gedacht werden
muss.

Im Projekt werden aus produkttechnischer Sicht neue Ansätze für Medienzufuhr und -verteilung
innerhalb der BPP und des Stacks erarbeitet sowie Umform- und Fügeverfahren sowie Beschichtungs-
und Dichtungskonzepte erarbeitet, die notwendig sind, um solche BPP zu realisieren.
Neun Unternehmen und Institutionen sind an dem Projekt beteiligt: CellForm Hydrogen GmbH &
Co. KG, Matthews International GmbH, VON ARDENNE GmbH, Weil Technology GmbH, C-marx
GmbH, ZELTWANGER Holding GmbH, HoKon GmbH & Co. KG, Deutsches Zentrum für Luft- und
Raumfahrt (DLR) und Universität Stuttgart, Institut für Umformtechnik (IFU).
Zusätzlich wird das Projekt von 11 assoziierten nationalen und internationalen Beteiligten unterstützt,
zu denen die Unternehmen Zeppelin Power Systems GmbH, H2FLY GmbH, TRUMPF SE &
Co.KG, SIEMENS, Wickeder Westfalenstahl GmbH, ZAPP Precision Metals GmbH, Raziol Zibulla
& Sohn GmbH, HYDAC International GmbH, Enapter GmbH, Electric Hydrogen GmbH & Co. KG,
Altair Engineering GmbH gehören.

Gefördert wird das Projekt vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz im Rahmen der
Förderrichtlinie „Angewandte nichtnukleare Forschungsförderung“ im 8. Energieforschungsprogramm
„Innovation Energiewende“.

Projektziel

Das Verbundprojekt BiPro2Scale hat das Ziel, ein innovatives Konzept für großflächig hochskalierte,
metallische BPP aus fertigungstechnischer Sicht energieeffizient und kostengünstig umzusetzen.
Durch diese skalierbare BPP soll perspektivisch eine bisher nicht erreichte Leistung von über
1 MW in einem einzelnen Stack ermöglicht werden. Gleichzeitig sollen alternative Werkstoffe für
die metallische BPP, die Beschichtung sowie die Dichtung untersucht und verwendet werden, um
die Lebensdauer der Stacks deutlich zu erhöhen.

Im Fokus des Vorhabens steht somit der ganzheitliche Wertschöpfungsprozess der BPP, beginnend
beim Folienhalbzeug und dessen Umformung zu Bipolar-Halbplatten (BHP), über das Fügen
der einzelnen Halbplatten bis hin zur Dichtheitsprüfung und Beschichtung der BPP im gefügten
bzw. montierten Zustand. Betrachtet werden sowohl die einzelnen Fertigungsschritte als auch deren
technischen und finanziellen Wechselwirkungen zueinander. Das zu entwickelnde Flow-Field-
Konzept für großflächig skalierte BPP wird stetig unter Gesichtspunkten der Produktperformance,
aber auch einer nachhaltigen und wirtschaftlichen Produktion bewertet. Zur Erreichung dieses
Gesamtziels wird die Vorgehensweise, wie nachfolgend dargestellt, vom Konsortium verfolgt.

Bedeutung und Ausblick

Das erarbeitete Know-how zur Fertigung großflächig skalierter BPP wird in einem virtuellen Fertigungskonzept
zusammengefasst und Potentiale für eine industrielle Serienproduktion eruiert.
Durch die Zusammenarbeit des Konsortiums, das renommierte Beteiligte aus Industrie und Wissenschaft
miteinander vernetzt, kann das Verbundprojekt BiPro2Scale zum Wegbereiter für die
industrielle Fertigung von skalierten BPP für PEMFC mit einem Leistungsbereich von über 1 MW
werden. Mit Blick auf die gesamten Treibhausgasemissionen der EU eröffnet dies ein Einsparpotential
von über 8% – Tendenz steigend. Alle beteiligten Industrieunternehmen sehen die Ergebnisse dabei als Teil ihrer zukünftigen Strategie und planen, die aufgebauten technischen Systeme
in ihren Geschäftsbereichen zu implementieren, um so neue Märkte zu erschließen.

Außerdem fungiert jeder der Projektbeteiligten sowohl während der Dauer des Projektes als auch
nach dessen Laufzeit als Multiplikator für die erzielten Ergebnisse. Das heißt, jeder dieser Beteiligten
wird seine Innovation in die Brennstoffzellenbranche direkt transferieren.

Weiterhin werden die akademischen Beteiligten im Konsortium die Ergebnisse zumindest teilweise
in Fachjournalen sowie in Form von Fachbeiträgen auf nationalen und internationalen Tagungen
bzw. Konferenzen veröffentlichen, um so die Sichtbarkeit der beteiligten deutschen Institutionen
in Forschungsbereichen der Brennstoffzellentechnologie sowohl im nationalen als auch
internationalen Umfeld zu steigern.

Durch die Beteiligung der Industrieunternehmen und Forschungseinrichtungen wird zudem ein
zielführender Kompromiss zwischen Innovation und Realisierbarkeit der technologischen und
wissenschaftlichen Projektziele gewährleistet. Somit wird sichergestellt, dass die erarbeiteten
wissenschaftlichen Inhalte hinsichtlich BPP-Design, Simulationsmethoden und Fertigungsverfahren
zeitnah in die Anwendung transferiert werden können und den Anforderungen und Zielen der
beteiligten Industrieunternehmen entsprechen.

Die Beteiligten

CellForm Hydrogen
Die CellForm Hydrogen GmbH & Co KG hat sich in den letzten Jahren als innovativer Akteur im
Bereich der Verfahrensentwicklung und Produktion für metallische BPP etabliert. Das Unternehmen
produziert BPP, die u.a. aufgrund der hohen Umformqualität und -filigranität durch ihre hohe
Effizienz überzeugen. Prototypen und Serienaufträge wurden erfolgreich in verschiedenen Projekten
für einen weltweit tätigen Kundenstamm gefertigt und getestet. Die Anwendungen reichen von
Brennstoffzellen für mobile (Luftfahrt, Schwerlastverkehr) und stationäre Anwendungen (Dezentrale
Strom- und Wärmeversorgung) über Elektrolyseure, weshalb sich das Unternehmen auf eine
möglichst flexible und effiziente Fertigungsstrategie für unterschiedlichste Produktanforderungen
(Materialien, Dimensionen, Umformgrade) eingestellt hat.

Matthews International
SAUERESSIG als Teil der Matthews International GmbH ist ein führender und innovativer Komplettanbieter
von Kalander-, Präge-, und Rotationsverarbeitungssystemen in Standard- und Sonderausführungen.
Das Produktportfolio umfasst sowohl komplette Fertigungslinien als auch Einzelanlagen zum Prägen, Veredeln, Glätten, Perforieren und Kalibrieren bahnförmiger Materialien.
Neben individuellen Lösungen für die Converting-Industrie entwickelt und fertigt Matthews Engineering
zukunftsweisende Anlagen für die Herstellung von Batterie- und Brennstoffzellen-Komponenten.
Dies schließt Kalanderanlagen, Prägeeinheiten sowie Prägewalzen für die BPP-Fertigung
ein. Die Bearbeitung der Prägewalzen erfolgt in-house mittels hochpräziser Lasergravur- und
Frästechniken. Im Competence Center am Standort Vreden ermöglichen darüber hinaus umfassende
Testmöglichkeiten und vielseitiges Laborequipment die gezielte Neu- und Weiterentwicklung
von Technologien und Prägelayouts.

VON ARDENNE
VON ARDENNE entwickelt und fertigt Anlagen für die industrielle Vakuumbeschichtung von Materialien
wie Glas, Wafer, Metallband oder Kunststofffolie. Je nach Anwendung sind diese Schichten
einen Nanometer bis wenige Mikrometer dünn und verleihen den Materialien neue funktionale
Eigenschaften. Aus diesen Materialien stellen unsere Kunden hochwertige Produkte her, wie
Brennstoffzellen, Solarzellen, Architekturglas und Fahrzeugverglasung, Lithium-Ionen-Batterien
oder mikroelektronische Bauteile für Sensorik und Optik. Mit mehr als 60 Jahren Erfahrung in der
Elektronenstrahltechnologie und über 50 Jahren Kompetenz im Magnetron-Sputtern ist
VON ARDENNE bis heute ein Pionier und weltweit führender Anbieter von Anlagen und Technologien
in der PVD-Dünnschicht- und Vakuumprozesstechnik.

Weil Technology
Als Maschinenbauer und Lösungsanbieter unterstützt Weil Technology dabei, neue Produktionsprozesse
in der Blechbearbeitung zu realisieren sowie bestehende zu optimieren, automatisieren
und nachhaltiger zu gestalten. Kernkompetenz des Unternehmens sind Maschinen für die
Blechbearbeitung per Laserschweißen und -schneiden mit abgestimmten Spann- und Automatisierungskonzepten.
Hier blickt Weil Technology auf über 35 Jahre Erfahrung zurück. Am Unternehmenssitz
im südbadischen Müllheim entwickeln und fertigen rund 250 Mitarbeiter*innen kundenspezifische
Konzepte und Anlagen.

ZELTWANGER
Die ZELTWANGER Leaktesting & Automation GmbH zählt zu den führenden Anbietern von Lösungen
für die Dichtheitsprüfung mit Luft und Nachweisgasen. Das Portfolio reicht von Testing-asa-
Service-Angeboten über Prüfgeräte und Prüfstationen bis hin zu vollautomatisierten Prüfanlagen.
ZELTWANGER bietet seinen Kunden ganzheitliche Unterstützung, von ersten Vorversuchen
bis zur Serienfertigung. In der E-Mobilität bietet das Unternehmen Dichtheitsprüflösungen für
Batteriezellen und -packs, Bipolarplatten, Brennstoffzellen, Elektrolyseure, Elektromotoren und
deren Komponenten.

C-marx
Die C-marx GmbH ist als Sondermaschinenbauer im Bereich des industriellen Inkjet-Drucks
spezialisiert. In diesem Segment bietet das Unternehmen kundenspezifische Lösungen für den
Funktionsdruck sowie für additive Fertigungsverfahren an. Für diese Anwendungen werden neben
Integrationslösungen in bestehende Produktionsanlagen auch neue Komplettanlagen entwickelt.
Dieses Know-how bringt C-marx in das Verbundprojekt für ein innovatives Verfahren zur Applikation
der Dichtstruktur auf Bipolarplatten ein.

HoKon
Die HoKon GmbH & Co. KG entwickelt, konstruiert und fertigt Befestigungssysteme für Brennstoffzellen
und H2-Tanksysteme. Darüber hinaus übernimmt HoKon Sonderbaugruppen und Konstruktionen,
die nach Anforderungen der Kunden entwickelt und gefertigt werden. HoKon ist hierbei ein
führender Anbieter von Verschluss-, Verbindungs- und Befestigungstechnik. Im Bereich Wasserstoff
speziell Brennstoffzellen entwickelt HoKon Befestigungssysteme nach Kundenanforderungen
unter den Gesichtspunkten Lebensdauer, Leichtbau und Leistungssteigerung. Durch die selbst
entwickelten Spannbänder aus speziellem Edelstahl konnte in Zusammenarbeit mit dem ZBT an
einer Brennstoffzelle bereits die Leistung um 15% im Vergleich zu Gewindebolzen gesteigert werden.
Durch die spezielle Materialauswahl ist ebenfalls eine serielle Fertigung möglich.

Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR)
Das DLR ist das deutsche Forschungs- und Technologiezentrum für Luft- und Raumfahrt. In seinen
Kerngebieten entwickelt das DLR Technologien für Luft- und Raumfahrt, Energie und Verkehr,
sowie Sicherheits- und Verteidigungsforschung. Ein breites Spektrum an Ergebnissen und Innovationen
bringen Nutzen für Industrie und Wirtschaft, Behörden und Verwaltung sowie für öffentliche
Stakeholder. Durch einen intensiven Wissensaustausch und gezielten Technologietransfer stellt
sich das DLR seiner Verantwortung gegenüber der Gesellschaft. Das DLR-Institut für Technische
Thermodynamik am Standort Stuttgart forscht seit über 40 Jahren zum Thema Elektrolyse und
Brennstoffzellen und verfügt über eine umfangreiche Expertise auf dem Gebiet der Entwicklung
und Charakterisierung einzelner Komponenten für Elektrolyseure und Brennstoffzellen.

Institut für Umformtechnik (IFU) der Universität Stuttgart
Aktuelle Forschungsthemen des Instituts für Umformtechnik (IFU) der Universität Stuttgart befassen
sich mit der Charakterisierung und Simulation von metallischen Werkstoffen sowie der Entwicklung,
Optimierung und Überwachung von Umformprozessen unter Zuhilfenahme moderner
Modellierungsansätze. In den letzten fünf Jahren stellen zudem Forschungsaktivitäten im Bereich der Umformung von metallischen Folien einen besonderen Schwerpunkt dar. In diesem Zusammenhang wird derzeit das öffentlich geförderte DFG-Forschungsvorhaben AKS Bipolar am IFU
bearbeitet, welches sich mit der Realisierung eines Gesamtsystems zur aktiven Prozesskontrolle
und Qualitätssicherung für die Serienfertigung von BPP befasst. Darüber hinaus beschäftigt sich
das IFU im Rahmen des im Oktober 2022 gegründeten Arbeitskreises Folienumformung, welcher
16 Industrieunternehmen umfasst, mit der Charakterisierung, Modellierung und Umformung von
metallischen Folien. Nicht zuletzt befasst sich das Institut mit der Entwicklung neuer Umformverfahren
für die Herstellung von BPP.

Über ZELTWANGER

ZELTWANGER wurde 1982 in Dußlingen bei Tübingen als Hersteller von Maschinenbauteilen gegründet. Heute besteht das Unternehmen aus acht in einer Holding-Struktur organisierten Gesellschaften, der Hauptsitz ist Tü­bingen. Weitere Standorte befinden sich in Tschechien, USA und China. Der Zahl der Beschäftigten liegt weltweit bei 470. Der Umsatz der Unterneh­mensgruppe beläuft sich auf rund 81 Mio. EUR (2023).

ZELTWANGER konzentriert sich aktuell auf die drei Geschäftsfelder Auf­tragsfertigung, Dichtheitsprüfung und Thermomanagement. In allen Ge­schäftsfeldern zählt ZELTWANGER zu den führenden Anbietern. Ein zentra­ler Aspekt der Unternehmensphilosophie besteht darin, vertrauensvolle Partnerschaften zu pflegen und gemeinsam nachhaltige Innovationen vor­anzutreiben.

Pressekontakt

ZELTWANGER Holding GmbH
Benjamin Rilling
Leiter Marketing & Unternehmenskommunikation
Jopestr. 3
72072 Tübingen

Telefon: +49 7071 3663119
Mail: pr@zeltwanger.de