ZSW Ulm setzt bei der Brennstoffzellen- und Batterieforschung auf ZwickRoell

Die gemeinnützige Stiftung „Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg“ (ZSW) wurde 1988 mit Standorten in Stuttgart und Ulm gegründet. Das Ziel: Erkenntnisse der Grundlagenforschung auf dem Gebiet der erneuerbaren Energien und der elektrochemischen Energiewandlung beschleunigt in vermarktungsfähige Anwendungen umzusetzen und an die Wirtschaft zu transferieren. 

Aktuell zählt das ZSW zu den führenden deutschen Forschungsinstituten mit etwa 350 Mitarbeitenden und 100 Studierenden in Stuttgart und Ulm. Das ZSW betreibt wirtschaftsnahe Forschung im Bereich nachhaltiger Energietechnologien, darunter Windenergie, Photovoltaik, Batterien, Wasserstoff, Brennstoffzellen und Politikberatung. Am Standort in Ulm befindet sich die Forschungsfabrik für Wasserstoff- und Brennstoffzellen (HyFaB) mit dem Fokus auf Brennstoffzellen-Herstelltechnik und Tests von BZ-Stacks und –Komponenten sowie ein Zentrum für Batterieforschung (eLaB) mit dem Fokus auf Lithium- und Post-Lithium-Technologien.

Die HyFaB verbindet Wissenschaft und Industrie, um die industrielle Produktion von Brennstoffzellen voranzutreiben. „Unsere Forschung erstreckt sich von Material- und Komponentenentwicklung bis zur Systemintegration, Validierung und zu Recyclingverfahren. Spezialisiert auf PEM-Brennstoffzellenstacks bis 150 Kilowatt betreiben wir seit 2001 unser führendes europäisches Testzentrum mit rund 50 vollautomatisierten Testständen bis 250 Kilowatt“, so ZSW-Vorstandsmitglied und Leiter des Geschäftsbereichs Elektrochemische Energietechnologien, Prof. Dr. Markus Hölzle. Zudem werden in Ulm Wasserstofftankstellen abgenommen und Wasserstoffproben analysiert im eigens dafür aufgebauten Wasserstoff-Qualitätslabor HyLaB.

Mechanische, elektrische und thermische Prüfungen an Brennstoffzellenmaterialien in der HyFaB

In der Forschungsfabrik für Wasserstoff- und Brennstoffzellen (HyFaB) in Ulm wird mit ZwickRoell Prüfmaschinen überwiegend mechanisch, elektrisch und thermisch an Brennstoffzellenmaterialien geprüft. Dabei ist die Charakterisierung sowohl in Through-Plane (TP) als auch in In-Plane-Richtung (IP) relevant. Dafür werden mitunter Druck-, Verpressungs- sowie Zug-, Biege- und Scherversuche durchgeführt. Im Fachgebiet Produktionsforschung (ECP) wird beispielsweise die Haftung von Akkumulator-Aktivmaterialbeschichtungen auf Kupfer- und Aluminiumfolie geprüft.

Da vor allem die Gasdiffusionslagen sehr dünn (ca. 200 µm) und hoch kompressibel sind (bis zu 50 Prozent im Arbeitspunkt), treten einige Herausforderungen beim Durchführen der Prüfungen auf:

Die Messung des Weges muss sehr genau erfolgen, idealerweise im µm-Bereich. Darüber hinaus ergeben sich bei dünnen GDL-Schichten mit brennstoffzellenüblichen elektrischen Strömen und Wärmeströmen nur kleine Potenzial- bzw. Temperaturdifferenzen. Prüfungen von Brennstoffzellenmaterialien erfordern ebenfalls besondere Testbedingungen: Die Messungen müssen bei Temperaturen um 80 °C (und bis zu 160 °C) und mitunter bei relativen Feuchten bis 100 Prozent stattfinden.