Zentrum für BrennstoffzellenTechnik GmbH

Forschung

Die Brennstoffzellentechnologie wird international von namhaften Automobilherstellern entwickelt und die technische Machbarkeit ist längst bewiesen. Trotzdem sind viele F&E-Themen zu bearbeiten, um die Lebensdauer zu verbessern und die Kosten zu senken. Das betrifft sowohl die teuren Komponenten der Brennstoffzelle selbst als auch die Bauteile des Systems und die Systemarchitektur. Ein wichtiger Erfolg am ZBT war die Entwicklung eines automotive-tauglichen 30 kW Brennstoffzellenstapels, der zur Verlängerung der Reichweite eines Elektrofahrzeuges konzipiert ist. Mit der Technologie wurden alle international bekannten Leistungsstandards erreicht, eine Leistungsdichte von 1 W/cm² aktiver Elektrodenoberfläche bei Betrieb mit unbefeuchteter Luft für die Kathodenseite des Stapels ist sogar besser als der Standard. Diese Entwicklung wurde in einem vom Land NRW geförderten Projekt mit den Partnern VKA der RWTH Aachen, FEV und Gräbener Maschinentechnik ermöglicht. Der Brennstoffzellenstapel enthält metallische Bipolarplatten der Firma Gräbener, in Aachen wurde der Stapel in ein System und schließlich in einen Elektro-Fiat 500 integriert. Mit dem 300 bar Wasserstofftank wird der Range Extender dem kleinen Flitzer zu einer Reichweite von 300 km verhelfen. Die Entwicklung soll im Rahmen eines weiteren Verbundprojektes fortgeführt werden mit dem Ziel, diese Technologie im Flotteneinsatz eines Logistikunternehmens alltagstauglich zu machen. 

Im Bereich der Kraft-Wärme-Kopplung sind Brennstoffzellensysteme inzwischen ebenfalls etabliert – zumindest in Japan, wo bereits über 130.000 Anlagen bei Endkunden installiert sind. Um auch in Deutschland diese umweltfreundliche Technologie erfolgreich in den Markt zu bringen, sind neben Marktanreizprogrammen weitere technologische Fortschritte wichtig, an denen das ZBT im Rahmen von Konsortialprojekten mit namhaften deutschen und europäischen Unternehmen arbeitet. Der problemlose Betrieb mit Flüssiggas als Alternative zu Erdgas ist ein Argument zur Verbreitung der Technologie auch im ländlichen Raum. Wichtige Meilensteine wie die sichere Entfernung von schädlichen Schwefelkomponenten aus Flüssiggas, ein kompakter, günstig zu fertigender Gasprozessor zur Herstellung des Feedgases für die Brennstoffzelle und die Auslegung eines effizienten Systems sind die Aufgaben des ZBT im Verbundprojekt mit dem Flüssiggas-Unternehmen Primagas und dem Systementwickler New Enerday. 

Da das zukünftige Energieversorgungssystem deutlich flexibler ausgestaltet sein wird, sind Möglichkeiten der Energiespeicherung zu schaffen. Eine Flexibilisierungsoption ist die Nutzung des Erdgasnetzes für synthetisch erzeugtes Methan als Energiespeicher. Hier entwickelt ZBT im Rahmen des „Virtuellen Instituts: Strom zu Gas und Wärme“ im Auftrag des Landes NRW eine Demonstrationsanlage zur Herstellung von synthetischem Methan (SNG) aus Wasserstoff und Kohlendioxid auf Basis der katalytischen Methanisierung. 

Als weiteren Themenschwerpunkt werden am ZBT außerdem innovative Batterietechniken wie Li-Ionen, Zn-Luft und Redox-Flow erforscht. In Kooperation mit dem Nanoenergietechnikzentrum der Universität Duisburg-Essen und dem Lehrstuhl Energietechnik wurden neuartige Elektrodenmaterialien für die Li-Ionen-Batterie entwickelt, hervorzuheben sind die auf Nanosilizium basierenden Anoden, die bereits mehr als 500 Zyklen im Dauertest bei einer Kapazität von über 2000 mAh/g (das ist das fünf bis sechsfache herkömmlicher Anodenmaterialien) betrieben werden konnten.