INT2 - AddFlow

Wie kann das Design von Brennstoffzellen mithilfe von additiver Fertigung optimiert werden? Für den effizienten Betrieb von Brennstoffzellen ist vor allem die Zuleitung der Eduktgase und die Ableitung des Reaktionsproduktes Wasser von Bedeutung. Im hier verfolgten interdisziplinären Lösungsansatz werden die Möglichkeiten der additiv-subtraktiven Fertigung mit einer Oberflächenfunktionalisierung zur Erzeugung hydrophiler oder hydrophober Oberflächen kombiniert. Auf diese Weise sollen die Herausforderungen der optimalen Gasverteilung sowie der Fertigung strömungsangepasster, sehr flacher, dünner Bauteile bewältigt werden.

Ziel, Vorgehen und Nutzen

Ziel des Projekts ist die Effizienzsteigerung von Polymerelektrolytmembran-(PEM-)Brennstoffzellen durch gezielte Erzeugung von Transportstrukturen in der Gasdiffusionslage (GDL) sowie der Bipolarplatte (BPP).

Durch einen kombinierten additiven und subtraktiven Laserprozess sollen strömungsoptimierte Kanalstrukturen erzeugt werden, die für eine homogene Anströmung der PEM sorgen. Zugleich soll die Bauteiloberfläche mit dem Laser strukturiert werden, um gezielt wasserabweisende und wasserleitende Bereiche zu erzeugen. Dies soll genutzt werden, um die Zuleitung der Edukte (Wasserstoff und Sauerstoff) sowie die Ableitung des Reaktionsproduktes (Wasser) gezielt beeinflussen zu können.

Eine besondere Herausforderung stellt das Verhältnis aus Bauteildicke zu dessen Fläche in Kombination mit den eingesetzten Verfahren dar. So müssen Prozessstrategien entwickelt werden, um den Verzug des Bauteils zu minimieren. Gleichzeitig soll das Bauteil jedoch hochfiligrane Kanäle mit strukturierter Oberfläche aufweisen.

Die Auslegung, Fertigung und Erprobung der Strukturen erfolgt universitätsübergreifend durch eine Kombination von Simulation und experimenteller Untersuchung.