Die Brennstoffzellentechnologie gilt als eine der wichtigsten Grundlagentechnologien für die künftige emissionsfreie Verkehrs- und erneuerbare Energieinfrastruktur Europas. Im Idealfall wird überschüssiger Strom aus Wasserkraft-, Windkraft- und Solarkraftwerken über Elektrolyseure in Wasserstoff umgewandelt, der als Brennstoff in Brennstoffzellenfahrzeugen verwendet oder für die spätere Nutzung in Zeiten von Energiemangel gespeichert wird.

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PEM (Polymer-Elektrolyt-Membran)-Brennstoffzellensysteme nutzen gespeichertes H2 (Wasserstoff) und wandeln es in elektrische Energie und Wärme um. Auch wenn die Entwicklung von Brennstoffzellenkomponenten und -Stacks für Transportanwendungen ein ausgereiftes Niveau erreicht hat, in dem die operativen Leistungsvorgaben erfüllt werden, haben andere Aspekte wie Herstellbarkeit, Produktionseffizienz und Produktionskosten ein großes Verbesserungspotenzial, da sie bisher nicht im Fokus standen.

Eine der größten Herausforderungen für den Durchbruch der Brennstoffzellen in den einzelnen Märkten sind die aktuell immer noch sehr hohen Kosten im Vergleich zu den marktetablierten Technologien wie jene auf Benzin- oder Dieselbasis. Dies liegt nicht zuletzt am Einsatz von nicht standardisierten Komponenten und auch an dem hohen Anteil an Handarbeit in der Herstellung von Polymer-Elektrolyt-Membran-Brennstoffzellenstacks (PEMFC-Stacks), was sie vergleichsweise teuer macht.

Mit Stackroboter auf Stückzahl

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Beim Brennstoffzellensystem von Proton Motor wird der Brennstoffzellenstack (englisch für »Stapel«) als Kern- respektive maßgebliches Herzstück in ein Modul eingebettet. Durch den Stackroboter kann die Produktionskapazität auf 5.000 bis 10.000 Brennstoffzelleneinheiten je nach Stackgröße pro Jahr erhöht werden. Der Fertigungsroboter wurde im Rahmen des Projektes »Fit-4-AMandA« (Fit for Automatic Manufacturing and Assembly) realisiert. Der Schwerpunkt liegt auf der Industrialisierung der Stapelproduktion und der Lieferung erschwinglicher Brennstoffzellensysteme in großen Mengen, um die Nachfrage des aufstrebenden Marktes mit einer Serienfertigung zu sättigen.

Das übergeordnete Ziel des Projekts ist es, in zwei kritischen Schritten, bei der Herstellung von PEMFC-Systemen und der Montage der Stapel, schrittweise Änderungen in Bezug auf Zykluszeit, Herstellungskosten, Ausbeute und Zuverlässigkeit zu entwickeln, zu validieren und nachzuweisen.