Algemeen

Betaalbare brandstofcellen voor mobiele toepassingen

Fraunhofer IPT brandstofcellen
Een gevormd stuk plaatwerk. In de eerste tests bewerkten de ingenieurs van Aken de vereiste oppervlaktestructuur van een bipolaire plaat. (foto: Fraunhofer IPT)

De automobielindustrie en de luchtvaartbranche richten zich sterk op alternatieve vormen van aandrijving en voortstuwing. Daarbij overwegen ze ook door waterstof gevoede brandstofcellen. Het Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie (IPT) in Aken werkt samen met vijf partners uit industrie en wetenschap aan nieuwe concepten en systemen voor het onderzoeksproject FlyGO.

Doel is, de voorheen hoge productiekosten van brandstofcellen te verlagen en de weg vrij te maken voor nieuwe waterstof-elektrische aandrijvingen voor massaproductie.

Omvormtechniek

De productiekosten van de brandstofcellen moeten aanzienlijk worden verlaagd door een grootschalige productieketen van vereiste componenten. De zogeheten bipolaire platen maken een groot deel van het gewicht van de brandstofcel uit. Ook zorgen ze voor 45% van de productiekosten van een cel. Maar ze bieden een aanzienlijk besparingspotentieel als ze in grote hoeveelheden kunnen worden gemaakt.

Om de vereiste dunne metalen platen met een dikte van 0,1 mm te produceren, wordt de plaat bewerkt via vorm- en snijprocessen. Vervolgens worden twee platen aan elkaar gelast, gecoat en voorzien van een afdichting. Voor de oppervlaktestructuur van de bipolaire plaat zijn hoge vervormingen bij kanaaldiepten tot 0,8 mm met de kleinst mogelijke stralen vereist. Afhankelijk van de plaatgeometrie kunnen tijdens productie met conventionele vormprocessen barsten in de plaat optreden.

Heet vormen

Heet vormen van bipolaire platen maakt de weg vrij voor massaproductie en zou de productiekosten moeten verlagen. Door lokale verwarming willen de ingenieurs van Fraunhofer IPT de vervormbaarheid van het plaatmetaalmateriaal titanium en roestvast staal (1.4404 en 1.4301) verbeteren en zo scheuren en dunner worden voorkomen.

Ook moeten het aantal bewerkingsstappen en de slijtage van het gereedschap worden verminderd. Titanium bijvoorbeeld is een licht metaal dat het gewicht van de brandstofcel verder kan verminderen, maar het is bros en is moeilijk te hervormen bij kamertemperatuur. Heet vormen belooft een nieuwe toepassing van titanium als plaatmateriaal voor bipolaire platen.

Om ervoor te zorgen dat de dunne plaatplaten tijdens de bewerking niet breken, onderzoeken de ingenieurs in Aken hoe het omvormproces en het verwarmingssysteem moeten worden ontworpen. De eerste tussentijdse resultaten voor het procesontwerp werden geleverd door de simulatie van de onderzochte vormprocessen rubbervorming, stampen en hydrovormen.

Nieuwe brandstofcellen

Het nieuwe concept voor massaproductie, ontwikkeld door de Fraunhofer IPT samen met zijn partners, beslaat de gehele procesketen van warmvormen tot lassen, coaten en assembleren.

Behalve het verlagen van de brandstofcelkosten omvat het FlyGO-project nog twee ontwikkelingen. Enerzijds ontwikkelen de projectpartners een concept voor het integreren van een waterstof range extender in een elektrisch aangedreven voertuig op batterijen.

Als voorbeeld gebruiken ze een voertuig van de eveneens in Aken gevestigde fabrikant e.GO Mobile, die een groter bereik heeft dankzij de integratie van het brandstofcelsysteem. Aan de andere kant werken de partners aan een gasgekoelde waterstofbrandstofcel in combinatie met een methanol-elektrolyse-apparaat, dat meer kracht per massa kan hebben dan conventionele brandstofcelsystemen. Dit moet het gebruik van de brandstofcel in vliegtuigen voor de korte afstand en drones mogelijk maken.

Project FlyGO

Partners in het FlyGO project zijn behalve e.GO Mobile en Fraunhofer-IPT de firma’s KCS Europe (Monschau), PSL Technik (Oberhausen), Zentrum für Brennstoffzellen Technik ZBT (Duisburg) en Air s.Pace (Aken). Het project wordt gefinancierd door het Europees Fonds voor Regionale Ontwikkeling (EFRO).

x
Mis niet langer het laatste nieuws

Schrijf u nu in voor onze nieuwsbrief.

Inschrijven