Het HyCoFC-onderzoeksproject wil met innovatief materiaal duurzame brandstofcellen voor zware toepassingen ontwikkelen

In het HyCoFC-onderzoeksproject werken industrie en onderzoekspartners samen aan de ontwikkeling van bipolaire platen voor duurzame, rendabele en krachtige brandstofcellen, specifiek voor zware toepassingen. Om te voldoen aan de hoge eisen en veeleisende omstandigheden van zwaar vrachtvervoer, richt het project zich op innovatieve materiaalcombinaties en de nieuwste lasertechnologieën.

Zwaar vrachtvervoer, met name vrachtverkeer, draagt aanzienlijk bij aan de wereldwijde CO₂-uitstoot. In Europa is het vrachtvervoer over de weg verantwoordelijk voor ongeveer 30 procent van de uitstoot in de mobiliteitssector. Tot nu toe hebben fossiele brandstoffen hier de overhand gehad, omdat batterij-elektrische oplossingen een enorm extra gewicht met zich meebrengen vanwege de benodigde batterijen, wat van invloed is op het potentiële laadvermogen. Bovendien vormen de bijbehorende eisen voor laadstromen en laadtijden aanzienlijke beperkingen voor gebruik in zware vrachtwagentoepassingen. Brandstofcellen bieden een veelbelovend alternatief, omdat ze een hoge energiedichtheid combineren met snel tanken.

Brandstofcellen voor zwaar transport

Brandstofcellen voor zwaar transport moeten bijzonder robuust en duurzaam zijn, omdat ze onder veeleisende omstandigheden worden gebruikt. Temperatuurschommelingen, mechanische spanning en corrosieve omgevingen stellen hoge eisen aan de materialen en de verwerking van de afzonderlijke onderdelen. Dit is waar het HyCoFC-project om de hoek komt kijken. De combinatie van een metallische dragerfilm met een geleidende compoundfilm verenigt de voordelen van beide materialen. De grootformaat hybride compound bipolaire platen bieden een goede elektrische geleiding, mechanische stabiliteit en een uitstekende weerstand tegen corrosie – eigenschappen die cruciaal zijn voor zwaar transport. Deze platen zijn ontworpen om de levensduur van brandstofcellen te verbeteren en tegelijkertijd de productiekosten te verlagen.

Modulaire structuur

Bovendien maakt de modulaire structuur van de brandstofcelstacks schaalbaarheid voor verschillende toepassingsgebieden mogelijk, van bedrijfsvoertuigen tot schepen en zelfs stationaire toepassingen. “Deze veelzijdigheid maakt de technologie tot een ideale component voor de energietransitie in de mobiliteitssector,” legt Friederike Brackmann van de afdeling Joining and Separation van het Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT uit.

HyCoFC-onderzoeksproject

Het HyCoFC-project wordt gefinancierd als onderdeel van de innovatiewedstrijd “Energie.IN.NRW”, die deel uitmaakt van de Europese regionale financiering. De totale looptijd van het project loopt van 15 juni 2024 tot 14 juni 2027. Met een totale financiering van ongeveer 3 miljoen euro wordt het project ondersteund door een sterke financiële basis die de partners uit wetenschap en industrie in staat stelt om uitgebreid onderzoeks- en ontwikkelingswerk uit te voeren. Naast Fraunhofer ILT is Fraunhofer UMSICHT betrokken aan de wetenschappelijke kant. De industriële bedrijven zijn projectcoördinator Thyssenkrupp Steel evenals FEV, Schepers en Cleanlaser.

Wetenschap en industrie: samen onderzoeken

Thyssenkrupp Steel produceert de metalen dragerfolie met een chroomlaag om de corrosieweerstand en de hechtingseigenschappen aan de samengestelde folie te verbeteren. Fraunhofer UMSICHT controleert specifiek de elektrische en thermische geleidbaarheid van de samengestelde film. Dit doet het door specifieke materialen te selecteren en hun samenstelling te verfijnen. Als onderdeel van het project richt Fraunhofer ILT zich op de verdere ontwikkeling van lasergebaseerde technologieën voor de productie en functionalisering van hybride samengestelde bipolaire platen.

Lasertechnieken

Friederike Brackmann houdt zich voornamelijk bezig met de verbindingsuitdagingen. Haar collega Tobias Erdmann van de afdeling Oppervlaktetechnologie en Matrijsverwijdering bij Fraunhofer ILT is verantwoordelijk voor het selectief decoaten van de samengestelde elementen met behulp van laserstraling en de uiteindelijke elektrochemische karakterisering van de hybride stapel. Met behulp van verschillende lasertechnieken brengen ze microstructuren aan in de componenten om de verbinding tussen de metalen en op polymeer gebaseerde componenten te verbeteren. Ze ontwikkelen ook processen om materiaallagen te verwijderen. Daardoor wordt de elektrische geleiding van de bipolaire platen gemaximaliseerd.

Testfaciliteiten HyCoFC-onderzoeksproject

In het Fraunhofer ILT Hydrogen Lab vinden onderzoekers een uitgebreid uitgeruste infrastructuur. Deze is specifiek gericht op de praktische ontwikkeling en optimalisatie van waterstoftechnologieën. Op een oppervlakte van 300 vierkante meter staan hypermoderne testfaciliteiten voor lasertechnologie en testbanken opgesteld. Daarmee kunnen onderzoekers zowel afzonderlijke productiestappen als complete procesketens en specifieke industriële toepassingen testen onder realistische omstandigheden. Vervolgens kunnen ze hun resultaten verder ontwikkelen.

Toekomstperspectieven voor duurzaam transport

De combinatie van innovatieve materialen en productiemethoden voldoet niet alleen aan de eisen van zwaar transport. Het zet ook nieuwe standaarden in brandstofceltechnologie. De ontwikkelde hybride samengestelde bipolaire platen bieden het potentieel om de levensduur van brandstofcellen aanzienlijk te verlengen. Daarnaast kunnen ze het toepassingsbereik uitbreiden: Van zware voertuigen tot maritieme toepassingen en stationaire systemen. Het project opent een breed scala aan perspectieven voor een klimaatvriendelijke energievoorziening.

Economisch schaalbaar

De nauwe samenwerking tussen de projectpartners en de ondersteuning door financieringsprogramma’s vormen de basis voor de succesvolle implementatie van de resultaten in de praktijk. “Een bijzonder aandachtspunt in het HyCoFC-onderzoeksproject is de ontwikkeling van processen die een economisch schaalbare en kostenefficiënte productie in grote hoeveelheden mogelijk maken,” zegt Tobias Erdmann. “We richten ons op het rol-naar-rolproces, dat een continue en hoogwaardige verwerking van de materialen garandeert. Dit willen we nu implementeren en testen.”

Bron: Fraunhofer ILT – Openingsfoto: Fraunhofer UMSICHT (In het HyCoFC-onderzoeksproject werken onderzoekers aan duurzame, rendabele en krachtige brandstofcellen voor zware toepassingen. Er wordt gebruik gemaakt van innovatieve materiaalcombinaties en geavanceerde lasertechnologieën.)

Lees ook: NLR werkt samen met zepp.solutions aan brandstofcel voor waterstofvliegtuig