{"id":41877,"date":"2025-08-18T08:08:12","date_gmt":"2025-08-18T06:08:12","guid":{"rendered":"https:\/\/plas.tv\/?p=41877"},"modified":"2025-08-17T15:10:11","modified_gmt":"2025-08-17T13:10:11","slug":"innovative-bewertungsmethodik-zur-kunststoffauswahl-fuer-brennstoffzellensysteme","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/plas.tv\/?p=41877","title":{"rendered":"Innovative Bewertungsmethodik zur Kunststoffauswahl f\u00fcr Brennstoffzellensysteme"},"content":{"rendered":"

Projekt EVOPLAST abgeschlossen<\/strong><\/p>\n

Das Kunststoff-Zentrum – SKZ hat gemeinsam mit dem ZBT \u2013 Zentrum f\u00fcr BrennstoffzellenTechnik in Duisburg und den Industriepartnern AGC Chemicals Europe, B\u00fcrkert Fluid Control Systems, ContiTech Deutschland, Mitsui Chemicals Europe und Treffert GmbH & Co. KG das industriegef\u00f6rderte Forschungsprojekt \u201eEVOPLAST\u201c zur Qualifizierung von Kunststoffen f\u00fcr Brennstoffzellensysteme erfolgreich abgeschlossen.<\/p>\n

Wasserstoff gilt \u2013 insbesondere in Kombination mit der Brennstoffzellentechnologie \u2013 als zentrale Schl\u00fcsseltechnologie f\u00fcr eine nachhaltige Energiezukunft. Sie erm\u00f6glicht hohe Wirkungsgrade, arbeitet lokal emissionsfrei und l\u00e4sst sich flexibel mit erneuerbaren Energien kombinieren. Vor allem in mobilen Anwendungen wie Fahrzeugen, Bussen, Z\u00fcgen oder Schiffen punkten Brennstoffzellen durch ihre hohe Reichweite und kurze Betankungszeiten im Vergleich zu batterieelektrischen Antrieben. Im Schwerlastverkehr und bei Nutzfahrzeugen bieten sie zus\u00e4tzliche Vorteile, da Gewicht und Ladezeiten entscheidende Faktoren sind. Auch in station\u00e4ren Anwendungen \u2013 etwa zur dezentralen Strom- und W\u00e4rmeerzeugung in Geb\u00e4uden, Rechenzentren oder als Notstromversorgung \u2013 leisten Brennstoffzellen einen wichtigen Beitrag zur Energiewende.<\/p>\n

Trotz dieser Vorteile stehen der breite Einsatz und die wirtschaftliche Skalierung derzeit noch vor Herausforderungen: Viele Materialien und Bauteile in heutigen Brennstoffzellensystemen sind zu kostenintensiv oder zu schwer. Eine gezielte Kosten- und Gewichtsreduktion \u2013 etwa durch den verst\u00e4rkten Einsatz von Kunststoffen als Substitutionswerkstoffe \u2013 ist daher essenziell.<\/p>\n

Kunststoffe spielen eine zentrale Rolle im Aufbau von Brennstoffzellensystemen. Sie finden Anwendung in Verbindern, Pumpen, Dichtungen, Leitungen und vielen weiteren Bauteilen. Da diese Kunststoffe unmittelbar mit reaktiven Medien in Kontakt kommen k\u00f6nnen und damit ma\u00dfgeblich die Lebensdauer sowie die Funktionsf\u00e4higkeit der Brennstoffzelle beeinflussen, ist fundiertes Wissen \u00fcber Medienbest\u00e4ndigkeit, Reinheitsanforderungen und die Eignung spezifischer Additive von entscheidender Bedeutung.<\/p>\n

EVOPLAST: Kunststoffbewertung f\u00fcr Brennstoffzellen<\/strong>
\nIm vom 1. Mai 2023 bis zum 30. April 2025 durchgef\u00fchrten Industrieprojekt EVOPLAST widmeten sich das Kunststoff-Zentrum SKZ und das Zentrum f\u00fcr BrennstoffzellenTechnik (ZBT) der materialspezifischen Bewertung von Kunststoffen im Umfeld von PEM-Brennstoffzellen (Proton Exchange Membrane Fuel Cells). Ziel war es, anwendungsspezifische Kriterien zu definieren, um die Auswahl polymerbasierter Werkstoffe in Bezug auf Medienbest\u00e4ndigkeit, Reinheit und Langzeitverhalten systematisch zu unterst\u00fctzen.<\/p>\n

Innovative In-situ-Pr\u00fcfmethode zur Materialbewertung<\/strong>
\nIm Rahmen des Projekts wurde eine vom ZBT entwickelte In-situ-Testmethode verwendet und weiterentwickelt, mit der sich die Einfl\u00fcsse von Kunststoffmaterialien auf das Verhalten von Brennstoffzellen qualifizieren lassen. Die Methode basiert auf der gezielten Auslagerung von Kunststoffproben unter definierten Bedingungen in einer Pr\u00fcfkammer, die wahlweise in den Kathoden- oder Anodenversorgungsstrang der Brennstoffzelle integriert werden kann.<\/p>\n

Die durch die Kunststoffproben freigesetzten Emissionen werden in eine nachgeschaltete, als Sensorzelle ausgelegte Brennstoffzelle eingeleitet. Auf diese Weise kann ein unmittelbarer Zusammenhang zwischen den emittierten Substanzen und deren potenziellen Auswirkungen auf die elektrochemische Leistungsf\u00e4higkeit der Brennstoffzelle erfasst werden.<\/p>\n

\u201eGerade f\u00fcr Komponenten im Umfeld der Brennstoffzelle \u2013 etwa Ventile, Leitungen oder Dichtungen \u2013 m\u00fcssen Werkstoffe h\u00f6chsten Anforderungen gen\u00fcgen. Mit der In-situ-Messmethode l\u00e4sst sich der Einfluss potenziell desorbierender Emissionen, wie leichtfl\u00fcchtiger Bestandteile aus den Werkstoffproben, direkt auf die Zellleistung analysieren und bewerten\u201c, erl\u00e4utert Dr. Ulrich Misz vom ZBT.<\/p>\n

Testprotokoll f\u00fcr die industrielle Praxis<\/strong>
\nErg\u00e4nzt wurde die In-situ-Analyse durch Ex-situ-Untersuchungen mittels Gaschromatographie (GC) und Massenspektrometrie (MS), um die Art und Konzentration der emittierten Substanzen pr\u00e4zise zu identifizieren. Im Verlauf des Projekts wurde zudem ein speziell auf die Anforderungen von Brennstoffzellensystemen zugeschnittenes Testprotokoll entwickelt und erfolgreich im Hinblick auf potenzielle Endanwendungen implementiert.<\/p>\n

\u201eDer kombinierte Ansatz aus in-situ Leistungsbewertung und ex-situ Emissionsanalyse erm\u00f6glichte eine umfassende Bewertung der Materialvertr\u00e4glichkeit\u201c, sagt Alexander Rusam, Projektleiter und Scientist Materialentwicklung & -pr\u00fcfung am SKZ.<\/p>\n

Fazit<\/strong>
\n1. Heterogenit\u00e4t beim Emissionsverhalten der Polymere
\nDie Untersuchungen zeigten, dass die eingesetzten Kunststoffe trotz der gleichen Pr\u00fcfbedingungen sehr unterschiedliche Leistungsabf\u00e4lle der Brennstoffzelle verursachten. Die Messergebnisse des Spannungsverlustes erstreckten sich von 0 %, sprich ohne geringste Beeinflussung bis 50 % bzw. bis zum Totalausfall bzgl. der Gesamtleistung innerhalb weniger Stunden.<\/p>\n

2. Besseres Verst\u00e4ndnis der Korrelation zwischen Werkstoffzusammensetzung und Degradation
\nIm Laufe des Projektes konnte festgestellt werden, dass die gleichen Basiswerkstoffe mehrerer Partner durchaus verschiedene in-situ Ergebnisse lieferten. Dies best\u00e4tigte die Hypothese, dass bereits geringe Mengen an Zusatzstoffen \u2013 etwa Additiven, F\u00fcllstoffen oder Stabilisatoren \u2013 das Desorptionsverhalten beeinflussen und zu einer erh\u00f6hten Degradationsrate in der Brennstoffzelle f\u00fchren k\u00f6nnen.<\/p>\n

3. Transfer der Erkenntnisse in industrielle Prozessketten
\nDie beteiligten Unternehmen nutzten die gewonnenen Daten, um ihre Material\u00acpalette systematisch zu verfeinern und anwendungs\u00acspezifisch anzupassen. Dazu wurde im Projekt ein Vorbehandlungs\u00acschritt zur potentiellen Emissionsreduktion erarbeitet und getestet. Anst\u00f6\u00dfe zur Optimierung der Verarbeitungsparameter im Herstellungsprozess wurden gegeben.<\/p>\n

Weiterf\u00fchrende Forschungsvorhaben geplant<\/strong>
\nDie im Rahmen des industriegef\u00f6rderten Projekts gewonnenen Erkenntnisse bilden eine fundierte Basis f\u00fcr weiterf\u00fchrende Forschungsaktivit\u00e4ten. Das Kunststoff-Zentrum SKZ und das ZBT bereiten aktuell ein IGF-Folgeprojekt vor, in dem vertiefende Untersuchungen zu werkstofftechnischen und systemrelevanten Fragestellungen durchgef\u00fchrt werden sollen. Interessierte Unternehmen sind herzlich eingeladen, sich im projektbegleitenden Ausschuss an diesem zukunftsweisenden Vorhaben zu beteiligen. F\u00fcr R\u00fcckfragen und weitere Informationen steht das SKZ gerne zur Verf\u00fcgung.<\/p>\n

Das SKZ<\/strong><\/a> ist ein Klimaschutzunternehmen und Mitglied der Zuse-Gemeinschaft. Diese ist ein Verbund unabh\u00e4ngiger, industrienaher Forschungseinrichtungen, die das Ziel verfolgen, die Leistungs- und Wettbewerbsf\u00e4higkeit der Industrie, insbesondere des Mittelstandes, durch Innovation und Vernetzung zu verbessern.<\/em><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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