Große Chance für Kleine

Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) stellt für die Förderung von Mikrobrennstoffzellen 20 Mio. € bereit. Bis Mitte Januar 2006 läuft noch die Bewerbungsfrist, um diese in Europa wohl größte Fördersumme für kleine Brennstoffzellen.

10. Januar 2006

Deutschen Firmen attestiert Fuel Cell Koordinator beim VDI/VDE Marco Voigt gute Chancen, wenn es um Brennstoffzellen im Taschenformat geht. „F& sind gut gediehen. Nun geht es darum, Produkte für den Massenmarkt anzubieten, denn bisher werden Systeme mit maximal 100 Watt nur in Kleinserien produziert.“ Neben Instituten haben besonders mittelständische Firmen das Potenzial, Großserienlösungen zu erarbeiten.

In absehbarer Zeit sollen mit Wasserstoff oder Methanol betriebene Mikrobrennstoffzellen die heute üblichen Energieversorgungssysteme, wie Lithium-Ionen-Akkus, in portablen Elektronikgeräten ablösen - zumindest wenn es um energieintensive Anwendungen geht. An entsprechenden Technologien mangelt es in Deutschland nicht. Doch bisher bildet die Produktion eine Hemmschwelle.

Heutige Mikrobrennstoffzellen (bis 100 W) lassen sich nicht zu marktfähigen Preisen in großen Stückzahlen fertigen. „Die Leitinnovation Mikrobrennstoffzelle fördert daher gezielt Ideen, die auf eine effektive Fertigung großer Stückzahlen abzielen, kommentiert Voigt. „Unter anderem gilt es, für die Serienfertigung geeignete Materialien, miniaturisierte Systeme und die passenden Produktionsverfahren zu finden.“ Daher adressieren die drei Rahmenprogramme ‚Werkstoffinnovationen für Industrie und Gesellschaft’, ‚Mikrosysteme’ und ‚Forschung für die Produktion von morgen’ das Thema Fertigung als gemeinsames Ziel.

Voigt betont, dass nicht zwangsläufig die Umsetzung des technisch Machbaren und Besten im Vordergrund stehen muss. „Wenn die optimale Technologie nicht in Großserie produzierbar ist, muss man auch Kompromisse eingehen. Natürlich sollte dabei dennoch ein Nutzen bringendes und marktfähiges Produkt im Zentrum der Überlegungen stehen.“

Doppelt? so? lange Lebensdauer wie gleichgroße Alkalibatterien

In die richtige Richtung weise die Mini-Brennstoffzelle aus dem Labor des Berliner Fraunhofer-Instituts für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM. Der Prototyp, etwa einen Quadratzentimeter groß, liefert 80 Milliwatt pro Quadratzentimeter. Drei in Serie geschaltete Zellen erzeugen eine Gesamtspannung von 1,5 V. Diese reicht aus, um Knopfzellen zu ersetzen.

Das Gesamtsystem besteht aus Gasentwickler und Brennstoffzelle, ist vier Kubikzentimeter groß und läuft doppelt so lange wie eine gleich große Alkalibatterie. Der Clou: Die Zelle basiert auf Waferlevel- und Folientechnologien. Belohnt wurde dies mit dem F-cell Award in Bronze.

Aufmerksamkeit benötigt auch die Brennstoffversorgung. „Wenn die Mikro-Brennstoffzelle marktreif ist, müssen die Brennstoffe überall erhältlich sein, sonst finden die neuen Produkte keine Akzeptanz beim Kunden“, sagt Voigt. Ihm schwebt zum Beispiel die Entwicklung preiswerter Einweg-Patronen für Methanol oder ein Pfandsystem für Wasserstofftanks vor. Der VDI/VDE-Koordinator ermutigt insbesondere mittelständische Unternehmen, sich um die Fördergelder zu bewerben.

Systeme für Temperaturbereich von -20 °C bis +40 °C

Mikrobrennstoffzellensysteme, die auch bei Tieftemperaturen im Außenbereich starten, Mikro-Reformer, die im System selbst den Wasserstoff erzeugen, und planare Brennstoffzellen für die Gehäuseintegration sind Entwicklungen, mit denen das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme? ISE die Einsatzmöglichkeiten der Brennstoffzellentechnologie im kleinen Leistungsbereich von Milliwatt bis zu einigen hundert Watt weiter optimiert.

Die aktuellen Arbeiten des Instituts zielen auf die Außentauglichkeit von Brennstoffzellensystemen für den Temperaturbereich von -20 °C bis +40 °C. Dies vor dem Hintergrund, dass in der Mess- und Regelungstechnik ein starker Trend hin zur dezentralen Energieversorgung von Systemkomponenten herrscht.

Ein weiterer Schwerpunkt liegt in der Entwicklung von Mikro-Reformern, die - ins System integriert - den Wasserstoff aus Kohlenwasserstoffen dort erzeugen, wo er gebraucht wird. Für Anwendungen, die über lange Zeiträume eine geringe Leistung von 10 bis 100 W benötigen, kann somit die Versorgung auch durch Benzin, Propan oder Methanol erfolgen.

Auch auf dem Gebiet der Gehäuseintegration geht das Fraunhofer ISE neue Wege. Die Geometrie des klassischen Brennstoffzellenaufbaus in Stackform ist nicht für jede Anwendung geeignet. Um neue Möglichkeiten der Gehäuseintegration in flächigen Endgeräten zu schaffen, arbeiten die Fraunhofer-Forscher an planaren Brennstoffzellen. Diese können auf Basis von keramischen Werkstoffen mit Hilfe der Leiterplatten-Technologie oder in Spritzgusstechnik realisiert werden.

Erschienen in Ausgabe: 04/2005