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Brennstoffzellenfertigung

New Energy Vehicles - "NEV" sind zu einer der Schlüsselmaßnahmen geworden, um die gesteckten Klimaziele zu erreichen. Wasserstoff wird als Energieträger dabei eine wesentliche Rolle einnehmen. Dieser kann aus erneuerbaren Energien in Elektrolyseuren CO2-neutral hergestellt werden und dann wiederum in Brennstoffzellen in elektrische Energie umgewandelt werden. Gerade im Güterverkehr kann die Brennstoffzelle ihre Vorteile gegenüber batterieelektrischen Fahrzeugen (BEV) ausspielen. Aber auch im stationären Einsatz gibt es viele zukünftige Anwendungsgebiete der Brennstoffzelle.

Unsere Produktionslösungen zur Brennstoffzellenherstellung

Bei der Brennstoffzellenherstellung sind effiziente Taktzeiten und absolute Präzision maßgeblich. Unsere Anlagen decken dazu alle Prozessschritte von der Komponentenfertigung, über die Stapelmontage bis zum fertigen Brennstoffzellensystem ab.  Der modular skalierbare Aufbau der Anlagen ermöglicht eine individuelle Anpassung auf die jeweilig kundenseitig anvisierte Produktionskapazität.  

Das große Ziel ist, die Herstellkosten von Brennstoffzellen zu reduzieren, um den Einsatz dieser Technologien wirtschaftlicher zu machen. Dies kann allerdings nur durch Skalierungseffekte erreicht werden, die vollautomatisierte Anlagen mit entsprechend hohen Kapazitäten erfordern. Momentan ist diese Art von Produktionsanlagen auf dem Markt noch nicht verfügbar und auch das Design der Bauteile muss hinsichtlich einer automatisierungsgerechten Konstruktion weiterhin optimiert werden.

Diese Herausforderungen wollen wir gemeinsam mit unseren Kunden meistern. Die Anpassung des Komponentendesigns in Verbindung mit vollkommen neu überdachten Montageprozessen ist der Schlüssel, um dies zu erreichen. Mit internationalen Teams aus Produkt- und Produktionsspezialisten namhafter Institute und Industriepartner arbeiten wir bereits an Maschinenlösungen zur Brennstoffzellenherstellung.

Montagelösung für Kleinserien-Stapelproduktion
Montagelösung für Kleinserien-Stapelproduktion
Automatische Montagelösung für die Stapelproduktion

Fertigungslösungen BPP

Die Dichtungsgeometrie und die exakte, wiederholgenaue Positionierung der Dichtung haben einen maßgebenden Einfluss auf die Stapelbildung und das Verpressen des Stacks.

Neben dem Dispensen bieten wir zusammen mit unseren Partner auch das Spritzgießen an, um die Dichtung auf metallische oder graphitische Dichtungen zu applizieren. Neben einer zwei- oder dreidimensionalen Vermessung der Dichtraupe, kann die Anlage mit einer Dichtheitsprüfung ausgestattet werden. Somit ist eine 100% Ausgangsprüfung sichergestellt.

Stapelbildung

Wesentliche Herausforderung bei der Stapelbildung ist das präzise Positionieren biegeschlaffer Bauteile, mit empfindlichen Oberflächen. ruhlamat kann hier von seiner langjährigen Expertise aus der Herstellung von RFID-Inlays profitieren, in der u.a. mehrere dünne Folien maßgenau übereinandergelegt werden müssen.

Neben einer teilautomatisierten Montagelösung für Kleinserien, mit einer jährlichen Produktionskapazität von ca. 3.000 Stacks/a (Referenz 330 Zellen), bieten wir auch eine vollautomatisierte Lösung für eine jährliche Produktionskapazität von bis zu 50.000 Stacks/a an. Auch hier steht die Skalierbarkeit und eine spätere Aufrüstbarkeit der Produktionsanlage im Vordergrund.

Pressen und Fixieren

Hier kommen die ruhlamat eigenen Vario-Servopressen zum Einsatz. Nach dem Kraft-Weg-überwachten Vorspannen des Stacks erfolgt die Dichtheitsprüfung des Brennstoffzellenstapels. Anschließend wird der Stapel entweder verschraubt oder mit Bändern fixiert. Für beide Varianten bieten wir teil- oder vollautomatisierte Lösungen an.

Testsysteme für Brennstoffzellen und ihre Komponenten

Bekanntlich kann bereits eine defekte Zelle in einem Stapel zum Ausfall des Systems führen. Deshalb ist eine durchgehende, lückenlose Qualitätssicherung aller Komponenten, sowie eine finale EOL-Prüfung des Stacks, eine notwendige Voraussetzung, um die Leistungsfähigkeit der Brennstoffzelle zu garantieren.

Neben Bildverarbeitungssystemen (z.B. Erkennung von Oberflächenfehlern in Beschichtungen) und Dichtheitsprüfungen, ist die zusammenhängende Verfolgung und Auswertung aller Prozessparameter ein wesentlicher Baustein des QS-Systems.

Balance of Plant

Unter Balance-of-Plant (BoP) werden alle Komponenten eines Brennstoffzellensystems zusammengefasst, ausgenommen dem Stapel selbst. Das sind u.a. Spannungswandler, Luftmassenmesser, Drucksensoren, Turbolader und Pumpen.

Ruhlamat kann bei allen oben genannten Komponenten seine langjährige Automatisierungexpertise in diesem Bereich einbringen.

Prozessablauf Brennstoffzellenherstellung

Prozessablauf Brennstoffzellenfertigung