Weg zur NextGenCell

Unter Führung von Vaillant arbeiten sieben europäische und zwei US-amerikanische Partner eines transatlantischen Konsortiums an der Weiterentwicklung der Hochtemperatur-PEM. Im Fokus steht, den Systemaufbau zu vereinfachen und die Kosten zu senken.

03. September 2007

Gefördert wird das Projekt NextGenCell mit einer Laufzeit von zwei Jahren sowohl von der EU-Kommission als auch vom US Department of Energy. Eine Aufgabe, die sich die Projektpartner gestellt haben, wird es sein Prototypen von Hochtemperatur- Polymer-Elektrolyt-Membranen (HT-PEM) für Brennstoffzellen (BZ) bis Ende 2008 zu entwickeln und zu testen.

In der neuen Prototypengeneration werden neue Membranmaterialien verwendet, was die Arbeitstemperatur der Anlagen erhöht, den Systemaufbau erheblich vereinfacht und das Brennstoffzellenheizgerät (BZH) mit bestehenden Heizsystemen zudem leichter kompatibel macht. Experten messen der Hochtemperatur-Membran bei 160 bis 180 °C ein hohes Potenzial bei, um die anstehenden Hürden auf dem Weg zum Markteintritt zu meistern.

In NextGenCell finden R& -Aktivitäten zur Membran-Elektrolyt-Einheit (MEA), dem BZ-System sowie der Komponentenentwicklung und -integration statt. Ziel ist es, die nächste Generation von BZH im Leistungsbereich von 1 bis 5 kW entwickelt und im Labor getestet zu haben. Dabei soll ein modularer Ansatz für verschiedene Märkte verfolgt werden.

Vaillant leitet die Arbeitspakete 4 (KWKKomponentenentwicklung und Systemintegration) und 5 (Test und Benchmarking). Dabei wurde zunächst eine Analyse der Interaktion des BZ-Stacks mit dem Inverter durchgeführt, da dies maßgeblich die Spezifikation des Inverters beeinflusst. Die Anforderungen und Bedingungen für eine Strategie eines Virtuellen Kraftwerks mit BZH und die Modellierung des Systems wurden in Zusammenarbeit mit den Partnern Imperial College (London) und gaia (Helsinki) definiert.

BASF Fuel Cell wird als Projektpartner die MEA auf die spezifischen Anforderungen der stationären Anwendung optimieren. Dies betrifft insbesondere eine lange Lebensdauer, Betriebszyklen und eine hohe Performance unter den gegebenen Reformbedingungen.

Mechanische Verbesserung der Membraneigenschaften

Sowohl für die lange Lebensdauer als auch für den Stackmontage-Prozess werden die mechanischen Eigenschaften der Membran verbessert. Ziel der Entwicklung ist eine Membran, die ein robustes Verhalten gegenüber Abweichungen der Kompression im Stack aufweist. In enger Kooperation mit dem BAS Institut wird die BASF Fuel Cell GmbH eine mechanisch verbesserte Membran hierfür entwickeln. Zudem wird die MEA, insbesondere die Elektroden, an die Erfordernisse einer langen Lebensdauer und Robustheit gegenüber Lastzyklen und Start-Stopp-Bedingungen angepasst. Im Besonderen ist die Stabilität des Kohlenstoffträgers für die Elektroden Forschungs- und Entwicklungsaufgabe für BASF Fuel Cell Inc. in den USA.

Als Partner in NextGenCell hat Plug Power Holland (PPH) zunächst an einer Vielzahl Prozesse für Brennstoffaufbereitung gearbeitet. Nach einer ersten Evaluierung auf Basis der Systemanforderungen hat man sich inzwischen auf die ›Hydrodesulfurization‹ konzentriert, einer innovativen Prozessform der Entschwefelung von Erdgas. Im nächsten Schritt soll das endgültige Design festgelegt und entwickelt werden.

Gaia Power entwickelt Strategien für ein Virtuelles Kraftwerk, insbesondere geht man der Frage nach, wo die notwendige Steuerungs- Intelligenz angesiedelt werden soll.

Das Centre for Energy Policy and Technology (ICEPT) am London Imperial College wird Werkzeuge zur Systemoptimierung des BZ-Systems entwickeln und anwenden. Kernkompetenz von Domel Elektromotorji in gospodinjski aparati liegt in der Expertise über universale Elektromotoren, Elektromotoren mit permanenten Magneten, Rotoren und Statoren. Europas führender Hersteller von Elektromotoren für Staubsauger ist Partner bei der Entwicklung eines Gas-Luft-Verbunds. Vorläufige Anforderungen konnten hierfür für ein 5-kW-System bereits definiert werden. Mithilfe einer numerischen Strömungsmechanik wurde das Design des Luftkanals, die Optimierung des existierenden Lüfterrads und Diffusors berechnet. Um eine hohe Effizienz des Systems und präzise Steuerbarkeit zu erreichen, entwickelte das Unternehmen eine neue Motorsteuerung. Ergebnis ist ein zweistufiges Gebläse mit optimiertem Diffusor und tangentialem Luftaustritt.

Der Partner Plug Power USA konzentriert sich dabei auf die Forschung und Entwicklung wie Stackplatten, Gebläse, Entschwefelung und Leistungselektronik. Hierzu werden Lösungen auf Basis von definierten Kundenanforderungen entwickelt. Mittlerweile erreichte man einen ersten wichtigen Meilenstein: den ›Technology Downselect‹, der den geeigneten Technologiepfad definiert. Der nächste Schritt wird das Systemengineering sein, ein nächster Meilenstein ist Ende 2007 das Design-lock.

Alexander Dauensteiner, Vaillant

KonsortiumNeun Partner aus sieben Ländern

• Vaillant GmbH (Konsortialmanagement), Deutschland

• Plug Power Holland bv; Niederlande

• BASF Fuel Cell GmbH, Deutschland

• Bulgarian Academy of Science, Bulgarien

• Gaia Power Oy, Finnland

• Imperial College London, Vereinigtes Königreich

• Domel Elektromotorji in gospodinjski aparati, d.d., Slowenien

• Plug Power Inc., USA

• BASF Fuel Cell Inc., USA

Erschienen in Ausgabe: 03/2007