In EVOPLAST vereinen sich das Kunststoff-Zentrum SKZ, das ZBT Duisburg und sechs Industriepartner, um durch systematische Testprotokolle polymere Werkstoffe für PEM-Brennstoffzellen zu qualifizieren. Dabei kommen innovative In-situ-Messungen zur direkten Überwachung von Emissionen und ergänzende GC/MS-Analysen zum Einsatz. Die gewonnenen Erkenntnisse ermöglichen die Identifikation langlebiger, medienbeständiger Kunststoffe und unterstützen eine gezielte Materialauswahl. Dies führt zu reduzierten Systemkosten, geringerem Gewicht und einer optimierten Wertschöpfung in mobilen sowie stationären Anwendungen und stärkt Synergien.
Inhaltsverzeichnis: Das erwartet Sie im Artikel
Sechs Partner im EVOPLAST-Projekt optimieren systematisch Polymermaterialien für Brennstoffzelleneinsatz
Im Industrieprojekt EVOPLAST (Mai 2023 bis April 2025) arbeiteten das SKZ und das ZBT gemeinsam mit den Partnern AGC Chemicals Europe, Bürkert Fluid Control Systems, ContiTech Deutschland, Mitsui Chemicals Europe sowie Treffert GmbH & Co. KG an der Erstellung leistungsfähiger Prüfprotokolle. Ziel war es, anhand definierter Kriterien Medienresistenz, Reinheitsgrade und Langzeitstabilität von polymerbasierten Bauteilen in PEM-Brennstoffzellen umfassend zu validieren und damit die Zuverlässigkeit und Lebensdauer künftiger Systeme zu steigern. Effizient und nachhaltig.
Kurze Betankungszeiten und große Reichweite kennzeichnen Brennstoffzellen-Mobilität mit Wasserstoff
Mit Wasserstoff betriebene PEM-Brennstoffzellen erreichen über 60 Prozent Effizienz und emittieren ausschließlich Wasserdampf, was sie besonders umweltfreundlich macht. Sie integrieren sich nahtlos in erneuerbare Energieinfrastrukturen, indem sie überschüssigen Strom speichern und bei Bedarf wieder bereitstellen. Im Transportsektor überzeugen sie durch große Reichweiten und schnelle Betankung von Pkw, Bussen, Zügen und Schiffen. Im Schwerlast- sowie Nutzfahrzeugverkehr gleichen sie Gewichtsnachteile aus und ermöglichen stationär zuverlässige Energie- und Notstromversorgung bei niedrigen Betriebskosten maximal.
Kunststoffproben werden in Anoden- oder Kathodenzulauf eingebracht für Emissionstests
Das ZBT nutzte eine In-situ-Testplattform, um Polymerproben gezielt in den Anoden- oder Kathodenzulauf einer PEM-Zelle einzubringen. Während des Betriebs werden aus den Kunststoffen freigesetzte flüchtige Stoffe in eine nachgelagerte Sensorzelle geführt. Dort registrieren mikroelektronische Detektoren in Echtzeit Spannungsschwankungen und Leistungseinbußen. Diese präzisen Messdaten erlauben eine Bewertung potenzieller Additivdesorption sowie Rückschlüsse auf Materialstabilität und Langzeitleistung. Auf dieser Grundlage können Partner Rezepturen anpassen und Kunststoffe für Brennstoffzellen gezielt optimieren. So sinken Ausfallraten.
Kombinierte In-situ- und Ex-situ-Techniken liefern umfassende Emissionsdaten für Materialien
Ex-situ-Messungen mittels Gaschromatographie und Massenspektrometrie wurden ergänzend zur In-situ-Analyse durchgeführt, um die freigesetzten chemischen Spezies präzise zu erfassen. Durch detaillierte Identifizierung und Quantifizierung entstand ein umfassendes Emissionsprofil jeder Polymerprobe. Diese Datengrundlage ermöglichte die Erstellung und Validierung eines spezifischen Testprotokolls für PEM-Brennstoffzellen. Das standardisierte Verfahren erlaubt eine konsistente Bewertung der Materialkompatibilität und optimiert die Auswahl von polymeren Bauteilen für industrielle Anwendungen. Es garantiert reproduzierbare Ergebnisse und unterstützt die Entwicklung langlebiger Brennstoffzellensysteme.
Industriepartner optimieren Materialrezepturen und Vorbehandlung zur Emissionsreduzierung und Leistungssteigerung
Die Testreihen offenbarten erhebliche Schwankungen im Emissionsverhalten von gleichaussehenden Kunststoffen, was zu variablen Spannungsverlusten zwischen null und fünfzig Prozent führte und in Extremfällen binnen Stunden zum Totalausfall wurde. Bereits kleine Unterschiede bei Additiven oder Füllstoffen erhöhten die Degradationsgeschwindigkeit signifikant. In Reaktion darauf überarbeiteten die beteiligten Unternehmen ihre Materialrezepturen und Vorbehandlungsprozesse, um Emissionen zu verringern und die Zuverlässigkeit von Brennstoffzellen im Langzeitbetrieb maßgeblich zu verbessern. Detaillierte Daten unterstützten jede Prozessoptimierung nachhaltig.
IGF-Folgeprojekt bietet Unternehmen Mitwirkung an der nächsten Generation Brennstoffzellenlösungen
Ausgehend von den bisherigen Ergebnissen konzipieren SKZ und ZBT ein umfassendes IGF-Folgeprojekt, in dem komplexe Werkstoffprüfungen, Beschichtungsanalysen und Langzeitexperimente in PEM-Zellen parallel durchgeführt werden. Ziel ist es, Belastungsgrenzen unter realistischen Einsatzbedingungen zu definieren, Wechselwirkungen zwischen Komponenten zu verstehen und modulare Systemlösungen zu erarbeiten. Unternehmen aller Größenordnungen sind eingeladen, sich aktiv in den Lenkungsausschuss einzubringen, um gemeinsam adaptive Strategien für die nächste Generation energieeffizienter Brennstoffzellensysteme zu entwickeln und Einsatzzuverlässigkeit zu steigern.
Nachhaltige wasserstoffbasierte Energiezukunft vorangetrieben durch systematische EVOPLAST-Daten und Materialoptimierung
Innovative Prüfkonzepte der EVOPLAST-Kooperation ermöglichen eine belastbare Bewertung polymerer Bauteile in Brennstoffzellen. Die Kombination aus Echtzeit-In-situ-Messungen und detaillierter Ex-situ-Analyse identifiziert kritisch wirkende Emissionsmuster und bietet wissenschaftlich fundierte Optimierungsansätze für Materialformulierungen. Systematische Testergebnisse unterstützen Industriepartner bei der Entwicklung kosteneffizienter und langlebiger Komponenten. Gleichzeitig bilden die gewonnenen Daten die Basis eines anstehenden IGF-Folgeprojekts, das interessierte Unternehmen zur Mitarbeit und gemeinsamen Weiterentwicklung einlädt. Es trägt maßgeblich zur Beschleunigung nachhaltiger Wasserstofftechnologien im Markt bei.
