Kooperation und Austausch fördern
Um Forschung und Industrie in Sachen Wasserstoff-Technologie eine Plattform des interdisziplinären Austauschs zu bieten, richtete das Fraunhofer ILT 2020 zum ersten Mal das LKH2 – Laserkolloquium Wasserstoff aus. Mitte September 2021 fand es zum zweiten Mal statt. Erneut setzte Mit-Initiator Professor Arnold Gillner, Leiter des Kompetenzfeldes Abtragen und Fügen am Fraunhofer ILT, mit Weitblick und Expertise die inhaltliche Klammer. Dr. Alexander Olowinsky, Gruppenleiter Mikrofügen am Fraunhofer ILT, führte die rund 70 Teilnehmenden durchs Programm.
12 Referentinnen und Referenten aus unterschiedlichen Fachbereichen und Branchen beleuchteten über zwei Tage hinweg den Stand der Dinge rund um die Verwendung von Lasertechnik im Bereich der Wasserstoff-Technologie. Dr. Karsten Lange, Projektmanager für Batterie- und Wasserstofftechnologie am Fraunhofer ILT, referierte darüber, wie die Funktionalität von Bauteilen mit Lasertechnik optimiert werden kann. Ein Heimspiel hatte auch Dr. André Häusler, Teamleiter für das Mikrofügen von metallischen Werkstoffen, der gemeinsam mit Dr. Olowinsky für die Organisation des LKH2 verantwortlich zeichnete. Er thematisierte die Vorteile des Hochgeschwindigkeits-Laserstrahl-Mikroschweißens in der Fertigung von Bipolarplatten, dem Herzstück der Wasserstoff-Brennstoffzelle. »Wir wollen zusammen mit Fachleuten aus Industrie und Forschung ergründen, welche Probleme aktuell anstehen«, bringt Dr. Häusler die Motivation zu Beginn der Veranstaltungsreihe auf den Punkt. »Das ist der effektivste Weg, die besten technologischen Lösungen zu entwickeln.«
Aus dem Fraunhofer-Kosmos außerdem mit dabei waren deshalb Prof. Eike Hübner vom Fraunhofer HHI in Berlin, Professor Christian Doetsch und Dr. Michael Joemann, Fraunhofer UMSICHT, Clemens Müller, Fraunhofer IPT, Prof. Christoph Leyens und Dr. Teja Roch vom Fraunhofer IWS in Dresden sowie Dr. Chistian Vedder vom Fraunhofer ILT. Mit 4D-CEO Christoph Franz, Dr. Isabel Thome von Trumpf, Thibault Bautze-Scherff von Blackbird Robotersysteme aus Garching sowie Florian Hugger, Entwicklungsleiter bei BBW Lasertechnik waren die Partner aus der Industrie ebenso stark vertreten.
Schlüsselkomponente Brennstoffzelle
Im Zentrum des LKH2 stand erneut die Schlüsselkomponente der Wasserstoff-Technologie: die Brennstoffzelle. Sie wandelt die chemische Energie, welche in der molekularen Bindung von Wasser und Sauerstoff vorhanden ist, in elektrische Energie, also Strom, um und macht sie damit überhaupt erst nutzbar. Je nach Leistungsanforderung wird eine definierte Zahl an Brennstoffzellen in Stapeln, sogenannten Stacks, angeordnet. Zwischen zwei Zellen befindet sich jeweils eine Bipolarplatte. Sie sind das Herzstück jeder Brennstoffzelle. Ihre zentrale Aufgabe ist es, die Anoden der Brennstoffzellen mit der Kathode der jeweils benachbarten Zelle physikalisch und elektrisch leitend zu verbinden. Die Bipolarplatten lenken zudem den Strom der Reaktionsgase. Dazu werden Strömungsprofile (Flowfields) in ihre Oberfläche eingelassen. Über deren eine Seite strömt Wasserstoff, über die andere wird Luft zugeführt. Sie regeln außerdem auch die Abfuhr von Wasserdampf sowie die Abgabe von thermischer und elektrischer Energie.
Derzeit machen Bipolarplatten noch einen großen Teil des Gewichts einer Brennstoffzelle aus und verursachen entsprechend hohe Produktionskosten. Um Brennstoffzellen-Stacks künftig kostengünstig und serientauglich fertigen zu können, sollen deshalb ihr Gewicht und Bauraum reduziert und ihre Leistungsdichte erhöht werden. In hohen Stückzahlen produziert, böte das enormes Einsparpotenzial. Genau hier knüpfte auch das LKH2 an. »Um die Kosten zu reduzieren und den steigenden Bedarf decken zu können, müssen wir die Produktivität bestimmter Komponenten maßgeblich steigern«, sagt Dr. Olowinsky. »Die Fertigung von Bipolarplatten spielt dabei eine entscheidende Rolle.«