Forschungsfelder
- Konzeption und Entwicklung von Membranelektrodeneinheiten (MEA): Entwicklung und Optimierung von MEA-Designs für verschiedene Anwendungen von Proton Exchange Membrane (PEM) Brennstoffzellen bis Anion Exchange Membrane (AEM) Elektrolyse
- Formulierung und Veredelung von Pasten und Tinten: Herstellung, Homogenisierung und Charakterisierung von Pasten und Tinten für MEAs
- Bewertung von Komponenten und Materialien: Prüfung und Bewertung von Rohmaterialien, Pasten, Tinten und Membranen
- Entwicklung von Prozessen und Qualitätssicherungsmethoden: Erstellung und Implementierung von Prozessen und Methoden zur Qualitätssicherung entlang der gesamten MEA-Wertschöpfungskette
- Ex-situ- und in-situ-Charakterisierung: Analyse und Bewertung von Schichten und Zellkomponenten unter realen Betriebsbedingungen
Überblick öffentlich geförderter Projekte
ProtoCell
Projektbeschreibung
Für sowohl die Elektrolyse als auch die Brennstoffzelle sind so genannte „Membran-Elektroden-Einheiten“ die Schlüsselkomponenten. Es handelt sich hierbei um dünne Polymerfolien, welche beidseitig mit Elektroden beschichtet werden. In diesen Schichten finden die elektrochemischen Prozesse statt, welche über die Leistung, die Effizienz und die Koste dieser beiden Technologien entscheiden. Um hier weitere Optimierungspotenziale zu nutzen, muss an neuen Materialien, neuen Schichtsystemen und neuen Zell-Architekturen geforscht werden. In „ProtoCell“ soll daher eine modulare und flexible, hochpräzise Beschichtungsanlage für die Prototypenherstellung innovativer Brennstoffzellen und Elektrolysezellen beschafft werden. Begleitet wird diese Schlüsselinvestition durch notwendige Geräteperipherie, wie zum Beispiel Dispergierer zur Tintenherstellung sowie einen Laminator für den Elektrodentransfer.
Projektleitung
Prof. Dr. Ing. Matthias Klingele
✉E-Mail
Projektdauer
01.01.2024 - 31.12.2026
Projektpartner
n.V.
Förderprogramm
DFG-GGA-HAW 2023
DirectStack2Scale
Projektbeschreibung
In “DirectStack2Scale” wird ein Herstellungsprozess für Membran-Elektroden-Einheiten (MEAs) für Heavy-Duty-Brennstoffzellen auf Basis fluorfreier Hydrocarbon-Materialien durch direkte Beschichtung entwickelt und auf einer Pilotlinie demonstriert. Im Teilprojekt der Hochschule Kempten werden Technologien zur Qualitätssicherung im Herstellungsprozess für Membran-Elektroden-Einheiten (MEAs) für Heavy-Duty-Brennstoffzellen auf Basis fluorfreier Hydrocarbon-Materialien entwickelt. Durch Zusammenarbeit des Start-Ups ionysis GmbH, der Jakob Weiss und Söhne Maschinenfabrik GmbH, des Fraunhofer ISE, der Hochschule Kempten und der EKPO Fuel Cell Technologies GmbH werden so kostengünstigere, umweltfreundlichere MEAs und CCMs für Heavy-Duty-Brennstoffzellen entwickelt.
Projektleitung
Prof. Dr. Ing. Matthias Klingele
✉E-Mail
Projektdauer
01.01.2024 - 31.12.2026
Projektpartner
Jakob Weiß & Söhne Maschinenfabrik GmbH
EKPO Fuel Cell Technologies GmbH
ionysis GmbH
Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
Förderprogramm
Nationales Innovationsprogramm Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie Phase II (NIP)
GIRAFFE
Projektbeschreibung
Vor dem Hintergrund eines drohenden Verbots von PFAS-Materialien müssen dringend alternative Materialien für Brennstoffzellen gefunden und entwickelt werden. Diese möglichen Alternativmaterialien werden in der Fachgemeinschaft noch dem Entwicklungsstand TRL1 bis 3 zugeordnet. In einem ersten Schritt schlagen das Fraunhofer ISE gemeinsam mit Hahn-Schickard und der Hochschule Kempten sowie der ionysis GmbH vor, die global verfügbaren Alternativmaterialien hinsichtlich ihres Einsatzes in mobilen Brennstoffzellen zu testen und somit den heutigen Stand der Technik zu validieren. Gleichzeitig können dadurch vielversprechende Materialien für die Weiterentwicklung identifiziert werden.
Projektleitung
Prof. Dr. Ing. Matthias Klingele
✉E-Mail
Projektdauer
01.01.2024 - 31.12.2027
Projektpartner
Hahn-Schickard
ionysis GmbH
Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
Projektträger
Forschungszentrum Jülich GmbH
Förderprogramm
Nationales Innovationsprogramm Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie Phase II (NIP)
QUALLE
Projektbeschreibung
Das Vorhabenziel vom Forschungsvorhaben QUALLE ist die Identifikation und Entwicklung von Methoden, welche eine hohe Produktionsqualität von katalysatorbeschichteten Membranen (CCMs) für die PEM-Brennstoffzelle gewährleisten können. Dazu werden zunächst auftretende / zu erwartende Fehler in CCMs verschiedener Fertigungsgrade identifiziert, klassifiziert und priorisiert. Die Relevanz dieser Fehler für den Brennstoffzellbetrieb soll in Abhängigkeit der Ausprägungen dieser Fehler bestimmt werden. Kritische Schwellwerte zur Fehlerdetektion und Sensitivitätsanforderungen der Messtechniken sollen entwickelt werden. Die Verfahren, die teilweise offline mit Fokus auf Präzision, hoher Auflösung oder Detailprüfung eines kompletten Devices, teilweise inline mit Fokus auf hoher Detektionsgeschwindigkeit bei gleichzeitig hoher Sensitivität betrieben werden, sollen an die Anforderungen der CCM-Produktion angepasst und weiterentwickelt werden.
Projektleitung
Prof. Dr. Ing. Matthias Klingele
✉E-Mail
Projektdauer
01.01.2024 - 31.12.2026
Projektpartner
ISRA Vision GmbH
MeSys GmbH
Carl Zeiss AG
Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
Förderprogramm
Nationales Innovationsprogramm Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie Phase II (NIP)
OpenAEM-KLX
Projektbeschreibung
AEM- („Anion Exchange Membrane“) Elektrolyseure bieten großes Potential für die kostengünstige und dynamische Wasserstoffproduktion aus erneuerbaren Energien. Ziel von „OpenAEM-KLX“ ist die Entwicklung und Demonstration eines industrialisierbaren AEM-Elektrolysestacks mit hoher Leistungsdichte und niedrigen spezifischen Kosten. Hierfür werden Komponenten, Materialien und Fertigungsprozesse aus der automobilen Brennstoffzelle genutzt. Im Fokus stehen PFAS- und edelmetallfreie Membran-Elektroden-Einheiten (MEAs), kostengünstige Edelstahl-Bipolarplatten sowie automatisierte Herstellungs- und Assemblierungsprozesse. Das Potential der Technologie soll anhand von leistungsstarken AEM-„Short-Stacks“ mit bis zu 30 Zellen demonstriert werden.
Projektleitung
Prof. Dr. Ing. Matthias Klingele
✉E-Mail
Projektdauer
01.03.2025 - 28.02.2026
Förderprogramm
7. Energieforschungsprogramm der Bundesregierung
PEWE26
Projektbeschreibung
Im Verbundvorhaben „PEWE26-KLX“ werden sehr dünne, PFAS-freie und kohlenwasserstoffbasierte (Hydrocarbon-)Membranen für die Wasserelektrolyse entwickelt. Bisher werden in der Membran-Elektrolyse meist dicke Membranen (>100 µm) eingesetzt, um Gasübertritt zu vermeiden. Neue Ansätze führender Hersteller nutzen deutlich dünnere Membranen, um die Spannungseffizienz zu steigern und Material einzusparen. Der Gasübertritt wird dabei durch niedrige Systemdrücke oder Rekombinationskatalysatoren reduziert. Ultradünne Hydrocarbon-Membranen (<20 µm) könnten jedoch auf solche Katalysatoren verzichten, da sie inhärent gasdichter sind. Ziel des Vorhabens PEWE26 ist die Entwicklung dieser Membranen und deren Funktionsnachweis im Labor. Dazu ist eine Anpassung des Polymers sowie eine neue Dichtungsstrategie erforderlich, da bei sehr dünnen Membranen keine direkte Abdichtung möglich ist. Diese erfolgt über beidseitig aufgebrachte Flachdichtungen („framing“). Das H2-Labor der Hochschule Kempten entwickelt und erprobt die Prozess- und Testumgebung für die Herstellung und Charakterisierung von vorgerahmten Membran-Elektroden-Einheiten auf Basis von Hydrocarbon-Membranen. Dabei werden sowohl die Rahmen- und Beschichtungsschritte als auch Prüfmethoden zur mechanischen Dichtheit und elektrochemischen Leistungsfähigkeit entwickelt.
Projektleitung
Prof. Dr. Ing. Matthias Klingele
✉E-Mail
Projektdauer
01.06.2026 - 31.05.2028
Projektpartner
Universität Freiburg
ionysis GmbH
Technische Universität Chemnitz
Projektträger
Forschungszentrum Jülich GmbH
Förderprogramm
7. Energieforschungsprogramm der Bundesregierung
CORAL-HC
Projektbeschreibung
Im Verbundvorhaben CORAL-HC (Catalyst Optimization Research for Stable Activity over Life-Time Using Hydro-Carbon Polymers) werden Katalysatorsysteme für PFAS-freie, kohlenwasserstoffbasierte Brennstoffzellen erforscht und optimiert. Das Projekt baut auf den Ergebnissen des Vorgängerprojekts CORAL-HD auf, in dem leistungsfähige Katalysatormaterialien für Heavy-Duty-Brennstoffzellen entwickelt und erfolgreich demonstriert wurden. Ziel ist es, das Zusammenspiel von Kohlenstoffträgern, Platin-Katalysatoren und neuartigen Ionomeren zu verbessern, um die Leistungsfähigkeit und Lebensdauer zukünftiger Brennstoffzellen weiter zu steigern. Im Teilprojekt der Hochschule Kempten werden Katalysatorpasten entwickelt, Membran-Elektroden-Einheiten (MEAs) hergestellt und deren elektrochemische Eigenschaften im Labormaßstab untersucht.
Projektleitung
Prof. Dr. Ing. Matthias Klingele
✉E-Mail
Projektdauer
01.07.2026 - 30.06.2029
Projektpartner
Universität Freiburg
Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
Die Hahn-Schickard-Gesellschaft für angewandte Forschung e. V.
Heraeus Deutsch-land GmbH
ionysis GmbH
Förderprogramm
7. Energieforschungsprogramm der Bundesregierung
Kooperation mit der Hochschule Kempten
- Projektbegleitung nach Bedarf: Bringen Sie Ihre Fragestellungen ein – wir unterstützen Sie gerne mit unserem Know-how und praxisorientierten Ansätzen.
- Gemeinsame Förderprojekte: Sammeln Sie mit uns Erfahrungen in öffentlich geförderten Projekten und gestalten Sie innovative Vorhaben gemeinsam mit unserem Team.
Wir freuen uns auf den Austausch – ob mit ersten Ideen, konkreten Projektvorschlägen oder einfach bei Interesse an einer Zusammenarbeit.