Qualitätssicherung in der industriellen Produktion von Brennstoffzellen CCMs – Ein HyFaB-Projekt (QUALL

Kernelement der Technologien ist die Catalyst Coated Membrane (CCM), also die beidseitig mit Katalysatorschicht ausgerüstete Polymerelektrolytmembran (PEM). Um den avisierten Markthochlauf für Brennstoffzellen zu erreichen, sind automatisierte Prozesse auf Basis von Rolle-zu-Rolle-Anlagen (R2R) erforderlich. Allerdings können während der Herstellung von CCMs verschieden geartete Fehler entstehen, deren sichere Detektion von entscheidender Bedeutung für eine hohe Produktionsausbeute ausfallfreier Devices ist – entsprechend den Qualitätsanforderungen der Automobilindustrie. Im Produktionsprozess für CCM stehen die einzelnen Lagen (insbesondere Membran und Katalysatorschicht) in verschiedenen Prozessstadien im Fokus. Einzelne Fehler in einer CCM können einen Komplettausfall eines ganzen Brennstoffzellenstapels verursachen. Es gibt momentan noch kein für die automatisierte Produktion geeignetes Verfahren, um den Herstellungsprozess der CCMs und ihrer Vorstufen zerstörungsfrei auf die Vielfalt der Fehler mit den geforderten hohen Prozessgeschwindigkeiten zu untersuchen. Darüber hinaus sind die Auswirkungen von Fehlern (Effects of Defects) in unterschiedlichen Ausprägungen noch in weiten Teilen unbekannt. Es ist deshalb in vielen Fällen noch unmöglich, die Ausfallwahrscheinlichkeit einer CCM-Komponente und damit den Ausfall eines ganzen Brennstoffzellenstapels auf Basis des Fehlerbilds verlässlich vorherzusagen. Im Projekt sollen Spezifikationen auf Basis des Verhaltens einzelner CCM-Komponenten im Einzelzellbetrieb entwickelt werden. So sollen Erkenntnisse zur Fehler-Spezifikation als Go/No-Go-Kriterium für die geplante Methodenweiterentwicklung dienen.

Die Entwicklung entsprechend geeigneter Analyse- und QS-Methoden ist Projektziel in QUALLE.

Projektziele

• Herstellung von CCMs mit gezielt eingebrachten Inhomogenitäten und/oder Defekten
• Bewertung der Inhomogenitäten / Defekte in Hinblick auf Auswirkung auf die Brennstoffzellperformance
• Bewertung der Inhomogenitäten / Defekte in Hinblick auf Auswirkung auf Alterung und Degradation
• Identifikation geeigneter Messtechnik für die Identifikation von Inhomogenitäten und Defekten
• Bemusterung der Messtechnik für die Eignung in Rolle zu Rolle Anlagen