EM4 - AddPEM

Ziel des Projekts ist die Effizienzsteigerung von Polymerelektrolytmembran (PEM) Brennstoffzellen durch den Einsatz neuentwickelter, strömungsoptimierter Gasdiffusionslagen (GDL).

Durch einen kombinierten additiven und subtraktiven Laserprozess sollen GDL mit gasführenden Kanälen hergestellt werden, welche eine homogene Gasverteilung an der Katalysatorschicht erzeugen. Dazu wird graphithaltiges Pulver schichtweise additiv aufgebaut und dabei gezielt Strömungsleitstrukturen durch Bearbeitung mit ultrakurzen Laserpulsen (UKP) eingebracht.

Die Auslegung der Strömungsgeometrie erfolgt universitätsübergreifend durch enge Verzahnung zwischen Simulation und experimenteller Untersuchung, insbesondere hinsichtlich Fertigbarkeit und Funktion.

Vorgehen

• Materialentwicklung: Herstellung eines hybriden Graphitmaterials, das im PBF-LB-Prozess verarbeitet werden kann. Es werden unterschiedliche Graphitformen sowie unterschiedliche Matrixmaterialien untersucht.
• Fertigungsverfahren: Aufbau einer experimentellen Prozesskammer zur Entwicklung kombinierter additiver und subtraktiver Laserprozess. Prozessauslegung und Skalierung von Laserbohr- und Abtragprozessen in Graphitmaterial.
• Strömungssimulation: Simulationsbasierte Optimierung von Strömungsleitstrukturen der GDL auf Basis der ermittelten Fertigungsrandbedingungen hinsichtlich elektrischer und thermischer Leitfähigkeit, Wassermanagement und Gasverteilung.
• Messtechnische Analyse: Messtechnische Charakterisierung der gefertigten GDL hinsichtlich elektrischer, mechanischer und strömungstechnischer Eigenschaften sowie Untersuchung im Brennstoffzellenbetrieb.