Das ewige Talent wird erwachsen

Das ewige Talent wird erwachsen

Die Brennstoffzelle kann mit einem hohen Wirkungsgrad Strom erzeugen und ist deshalb eine Alternative zu batterieelektrisch betriebenen Fahrzeugen. Doch der Markt und die Infrastruktur sind noch nicht ausreichend entwickelt. Unterdessen macht die Technologie große Fortschritte. Neue Dichtungen von Freudenberg Sealing Technologies sorgen dafür, dass der umweltfreundliche Energieerzeuger bereit für den Masseneinsatz wird.

Brennstoffzellen sind nicht neu: Ihr Prinzip der Energiegewinnung durch eine elektrochemische Reaktion ist mehr als 180 Jahre alt. Schon immer gelten sie als der Energieerzeuger der Zukunft, denn die Erfindung ist so einfach wie brillant: Ein Brennstoff wie zum Beispiel Wasserstoff reagiert in der Zelle mit einem Oxidationsmittel wie Sauerstoff aus der Luft. Dabei entstehen Wasser, Wärme und Strom, der sehr effizient genutzt werden kann. Die Brennstoffzelle hat einen Wirkungsgrad von bis zu 60 Prozent. Zum Vergleich: Verbrennungsmotoren erreichen gerade einmal 30 bis 35 Prozent.

Die neuen Dichtungen lassen sich individuell nach Kundenwünschen anpassen und deutlich günstiger und effizienter produzieren. 

Bekannt wurde die Technologie vor allem durch den Einsatz in den Apollo-Mondmissionen in den 1960er-Jahren, wo sie zuverlässig Strom lieferte. In den folgenden Jahrzehnten wurde sie in diversen Anwendungen als mobiler oder stationärer Stromerzeuger verbaut, zum Beispiel in Messstationen, beim Camping, als Flurförderer und kommerzielle Fahrzeuge. Aber auch mit wachsender Beliebtheit in Kraft-Wärme-Kopplungssystemen. Zwar sind einige Tausend Pkw und verschiedene Busse weltweit angemeldet – in der Breite hat sich die Technologie im Straßenverkehr allerdings noch nicht durchgesetzt. 

Das Ziel: die Kosten senken

Das kann sich nun ändern, ist Jürgen Emig sicher. „Der Markt war noch nie so bereit wie heute“, sagt der Projektmanager von Freudenberg Sealing Technologies. „Wir bewegen uns im Bereich der erneuerbaren Energien, der Elektromobilität und der Energiewende im Allgemeinen, das ist die Zukunft.“ Die Brennstoffzelle – genauer gesagt ist sie ein Stapel aus vielen Brennstoffzellen – kann zum Beispiel Elektroautos antreiben und ihre Reichweite deutlich vergrößern. „Außerdem können wir mit der Technologie das Problem des überschüssigen Stroms lösen, der in Solar- und Windparks erzeugt wird“, sagt Emig. Wenn man ihn dazu nutzen würde, Wasserstoff herzustellen, könnte dieser in der Brennstoffzelle im Fahrzeug in einem perfekten Kreislauf wieder in Energie umgewandelt werden. 

Eine Herausforderung für den Erfolg der Brennstoffzelle ist ihr Preis. Im Vergleich zu Verbrennungsmotoren ist sie fünf- bis sechsmal teurer. „Wir müssen also an vielen Stellen dafür sorgen, dass sie günstiger wird“, erklärt Jürgen Emig. Aus diesem Grund wird an mehreren Freudenberg-Standorten in Deutschland und den USA intensiv an Produkt- und Prozessoptimierungen gearbeitet.

Als Komplettanbieter für die wichtigen Dichtungen, die jede einzelne Zelle benötigt, um einen sicheren Medientransfer zu gewährleisten und jeglichen Austritt nach außen zu verhindern, setzte FST genau dort mit seiner  Innovation an – unterstützt von anderen Freudenberg-Geschäftsgruppen und Abteilungen wie Freudenberg Performance Materials, Freudenberg Technology Innovation. „Wir haben es geschafft, durch optimierte Materialien und Prozesse ein Produkt anbieten zu können, das absolut wettbewerbsfähig ist“, sagt Jürgen Emig.

Das FST-Team um Projektleiter Jürgen Emig (re.) optimierte das Verfahren, um die Dichtungen für Brennstoffzellen herzustellen.

Viele Verbesserungen

Die Optimierungen starteten beim Material, zunächst mit recht einfachen Mitteln. Die Abfüllung der beiden niederviskosen Elastomerkomponenten wurde auf Großserienbehälter umgestellt. Mehr Komplexität erwartete die Entwickler bei der Dichtungsintegration im Spritzgussprozess, mit der die innovative Gasdiffusionslage auf Vliesstoffbasis oder die Bipolarplatte ihre kundenspezifisch angepasste Rahmendichtung erhielt. Zunächst wurde daran gearbeitet, den Materialverbrauch zu senken. „Beim Spritzgussverfahren wird das Material über verschiedene Kanäle in die Form gebracht. Bei der bisher verwendeten Werkzeugtechnik bleibt ein großer Teil als Verteilerspinne als Abfall übrig.“ Das liegt daran, dass sich das Elastomer, wenn es einmal unter Temperatur und Druck vernetzt wurde, nicht noch einmal formen lässt. „Wir haben deswegen auf eine Kaltkanaltechnologie umgestellt, die das verhindert. So können wir nur so viel Elastomer einspritzen, wie wir benötigen.“ Der Materialverbrauch und damit auch die Kosten sanken so erheblich.

Das FST-Team um Projektleiter Jürgen Emig (re.) optimierte das Verfahren, um die Dichtungen für Brennstoffzellen herzustellen.

Gleichzeitig konnten auf diese Weise die Verarbeitungszeit und damit auch die Energiekosten reduziert werden. So gut das Elastomer in der Anwendung funktionierte, so schlecht ließ es sich wegen seines Adhäsionsverhaltens – vergleichbar etwa mit Silikon – aus den Formen entnehmen. „Dazu haben wir das Verfahren automatisiert und die händische Entnahme überflüssig gemacht“, erklärt Jürgen Emig. 

Für seine Kunden bietet Freudenberg Sealing Technologies ganz unterschiedliche Dichtungsformen an: einfache Elastomerdichtungen für jene, die eine Brennstoffzelle selbst aufbauen, Gasdiffusionslagen von Freudenberg Performance Materials, bei denen die Dichtung außen herumgespritzt wird, oder auch Dichtungen, die auf Bipolarplatten aus Metall oder Grafit aufgebracht werden können. Jürgen Emig sieht einen großen Markt für das innovative Verfahren und die dabei entstehenden Produkte. Denn wenn die Brennstoffzelle günstiger wird, kann sie sich am Markt etablieren. Einen wichtigen Beitrag dazu hat Freudenberg Sealing Technologies nun geleistet.


Stories

Aktivkohle-Lösung verbessert Luftqualität im Auto

micronAir Gas Shield stoppt Gase und Gerüche

Mehr

Helix iMC

Präziser messen

Mehr

Freudenberg Innovation Award

Neueste Innovationen

Mehr

Dem rauen Wetter in extremen Höhen standhalten

Klüber Lubrication

Mehr

Vileda Turbo unsere Nr.1, der einfachste Weg zu sauberen Böden

Turbo EasyWring & Clean

Mehr

Aktivkohle-Lösung verbessert Luftqualität im Auto

micronAir Gas Shield stoppt Gase und Gerüche

Mehr

Anwendungsbereiche für Brennstoffzellen Interview

Sealing Technologies

Mehr

Hören mit modernster Technik

Medical

Mehr

Neue Technologie mit großem Potenzial

Gleitringdichtungen für Meeresströmungsturbinen

Mehr

Produkte PKW

Vibracoustic

Mehr