Wasserstoffbetriebene Mobilität nähert sich Brennstoffzellensystemen der nächsten Generation an

Da sich Hybrid- und vollelektrische batteriebetriebene Fahrzeuge langsam durchsetzen, wird Wasserstoff als vielseitiger, sauberer und sicherer Energieträger mehr und mehr Beachtung geschenkt. Die Nutzung von Wasserstoff im Verkehrssektor gewinnt zwar zunehmend an Bedeutung, der aktuelle Marktanteil von Elektrofahrzeugen mit Brennstoffzelle ist aufgrund hoher Kosten und Effizienzproblemen jedoch gering. Eine Gruppe von Experten stellt sich im Rahmen des EU-finanzierten Projekts INN-BALANCE nun dieser Herausforderung. Erst kürzlich hat sie die Schnittstellen zwischen den wichtigen Komponenten der Technologie für Elektrofahrzeuge mit Brennstoffzelle spezifiziert, um deren Design zu verbessern.

Wie aus einer Pressemitteilung auf der Projektwebsite hervorgeht, wurden „wichtige Meilensteine hinsichtlich der Definition von Schnittstellen zwischen Komponenten und den Brennstoffzellenstacks sowie dem Design des Stack-Gehäuses und der Anode, Kathode und der Kühlmodule erreicht“.

Diese Komponenten werden als Zusatzkomponenten oder Balance of Plant (BoP) bezeichnet. Sie regulieren das Brennstoffzellensystem und steuern die Zufuhr von Wasserstoff und Luft an den Stack. „INN-BALANCE möchte verschiedene Verbesserungen auf BoP-Ebene erreichen, wobei der Fokus vor allem auf einem funktionsorientierten Design liegt. Ziel ist es, die Kosten für die industrielle Produktion von Brennstoffzellensystemen zu senken.“

In derselben Pressemitteilung sagte Jörg Weiss-Ungethüm vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt, der für die Entwicklung des Kühlsystems verantwortlich ist, dass das Kühlmodul für das Wärmemanagement des Stacks genutzt wird. Dies hat einen erheblichen Einfluss auf das Wassermanagement und ist in Bezug auf die Leistung unerlässlich. Zusätzlich müssen die BoP-Komponenten bei „optimaler Temperatur gehalten und die Fahrgastzelle bei Bedarf mit Wärme versorgt werden“.

Maximale Leistung bei minimalen Verlusten

Das laufende Projekt INN-BALANCE (INNovative Cost Improvements for BALANCE of Plant Components of Automotive PEMFC Systems) schlägt außerdem eine „integrierte Lösung für die Einspritzdüse/den Ejektor“ vor. Dadurch sollen die Leistung des Stacks maximiert und der Wasserstoffverlust gleichzeitig minimiert werden.

PEMFC steht für Protonenaustauschmembran-Brennstoffzelle. Sie ist auch unter der Bezeichnung Polymerelektrolytbrennstoffzelle bekannt. Dabei handelt es sich um eine Art Brennstoffzelle auf Säurebasis, die Protonen von der Anode zur Kathode durch eine feste Protonenaustauschmembran transportiert. Diese Brennstoffzellen arbeiten bei Temperaturen unter 100 °C. Die Anode und Kathode sind die zwei Elektroden in einer Batterie oder Brennstoffzelle; bei der Energieerzeugung wird Erstere positiv und Letztere negativ geladen. Die meisten Brennstoffzellen, die für die Verwendung in Fahrzeugen entwickelt werden, produzieren weniger als 1,16 Volt an Elektrizität – das ist weit davon entfernt, ein Fahrzeug mit Strom zu versorgen. Daher müssen mehrere Zellen in einem Brennstoffzellenstack zusammengesetzt werden.

In einem Elektrofahrzeuge mit Brennstoffzelle wird die elektrische Energie, die an den Elektromotor geliefert wird, um das Fahrzeug anzutreiben, über eine chemische Reaktion zwischen Wasserstoff und Sauerstoff in der Brennstoffzelle bereitgestellt. Die Umwandlung von Wasserstoffgas in Elektrizität erzeugt ausschließlich Wasser und Wärme als Nebenprodukt. Wenn der Wasserstoff aus einer nachhaltigen Quelle hergestellt wird, könnten Brennstoffzellenfahrzeuge emissionsfreie Mobilität bieten.

Mit INN-BALANCE soll eine neue und integrierte Plattform zur Entwicklung von fortschrittlichen BoP-Komponenten in aktuellen Brennstoffzellenfahrzeugen geschaffen werden. Somit sollen ihre Effizienz und Zuverlässigkeit verbessert, Kosten reduziert und den europäischen Automobilherstellern und Systemintegratoren eine stabile Lieferkette vorgestellt werden.

Weitere Informationen:
INN-BALANCE-Projektwebsite