Brennstoffzellen für Elektroautos

Für Brennstoffzellen, die in Elektrofahrzeuge verbaut werden, gelten besonders strenge Anforderungen an Leistung und Robustheit. Schließlich müssen sie stetiger Belastung durch Erschütterungen, Vibrationen und Temperaturunterschiede Stand halten, ohne dabei Zyklenfestigkeit und Langlebigkeit einzubüßen. Die günstige Herstellung und Massenmarktreifung von Brennstoffzellen für Elektroautos bildet daher einen wichtigen und zukunftsweisenden Forschungsschwerpunkt der Automobilindustrie.

Der Clou an durch Brennstoffzellen betriebenen Elektroautos: Sie fahren bis auf den Ausstoß von Wasserdampf quasi emissionsfrei. Hinzu kommen eine schnelle Aufladegeschwindigkeit und überdurchschnittlich hohe Reichweite. Aber für eine Wettbewerbsfähigkeit gegenüber herkömmlichen Verbrennungsmotoren oder Batterien ist der Anschaffungspreis dieser Technologie derzeit noch zu hoch. Hier kommt der Kosten-Schwerpunkt der Forschung ins Spiel: Die Herstellungskosten von Brennstoffzellen-Stapeln müssen weiter reduziert und Herstellungsprozesse auf industriellen Standard gebracht werden. Hoffnungsträger der Industrie ist derzeit ein Brennstoffzellen-Stapel mit metallischen Bipolarplatten, der momentan von interdisziplinären Forschungsteams entwickelt wird. Mit seiner Hilfe soll die Katalysatorschicht verbessert und bei geringerem Platineinsatz eine höhere Degradationsstabilität erzielt werden. 

Neue Brennstoffzellen für bessere E-Mobilität

Auf dem Berliner BMWi-Statusseminar zur Brennstoffzellen-Forschung 2016 waren sich Experten einig: Die Brennstoffzelle wird etwa ab 2025 eine bedeutende Rolle beim Antrieb von Elektroautos spielen. Schätzungsweise werden in diesem Jahr etwa 50.000 dieser Fahrzeuge gebaut werden – die rund zehnfache Menge im Vergleich zu 2016. Voraussetzung für eine solche Entwicklung ist ein entsprechender Ausbau der Wasser-Infrastruktur. Ein möglicher Startpunkt für einen verstärkten Einsatz von Brennstoffzellen in Elektroautos könnte der öffentliche Nahverkehr bilden, indem Busse und Taxis flächendeckend mit dieser Antriebsform ausgestattet werden.

Der neue, auf Anwendung im Automotive-Bereich zugeschnittene Niedertemperatur-PEM-Brennstoffzellen-Stapel besteht aus mehreren Schichten, von denen jede hohen mechanischen und thermischen Belastungen ausgesetzt wird. Das Ziel: Die Vorbereitung der Serienproduktion zu marktfähigen Preisen. Zudem wurden Membran-Elektroden-Einheit (MEA), Katalysator, Gasdiffusionsschicht, Bipolarplatte und Dichtung verbessert und optimal aufeinander abgestimmt.

Eine höhere Bestriebsstabilität des Stapels konnte erreicht werden, indem die externe Feuchte der Zellen auf ein Minimum reduziert wurde. Das an der Kathode entstehende Wasser wird effizient intern auf die Anode überführt. Zu diesem Zweck setzten die Forscher auch dünnere Membranen mit besserem Wassertransportvermögen und höherer Leitfähigkeit ein. Durch den Einsatz der weiterentwickelten MEAs konnte bei gleichzeitiger Reduktion der Befeuchtung das Leistungsniveau bei konstanter Spannung um bis zu 40 Prozent (von 0,95 A/cm² auf 1,43 A/cm²) gesteigert werden. Abgerundet wird das Entwicklungsprojekt durch ein optimiertes Dichtungskonzept.

Kommunale Konzepte zum Ausbau von E-Mobilität werden von Bund und Ländern umfassende gefördert. Je nach Maßnahme ist ein Zuschuss von bis zu 60 Prozent der förderfähigen Kosten möglich.

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