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12.05.2017

Erstes ZIM-Projekt an der DHBW Mannheim

In einer Brennstoffzelle reagieren Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasser. Hierbei entstehen elektrische Energie und Wärme. Was sich vom Prinzip her ganz einfach anhört, ist in der praktischen Umsetzung nicht ganz so simpel, denn es gilt einige technische Herausforderungen zu bewältigen. Wasserstoff und Sauerstoff müssen kontrolliert an einem Platinkatalysator zusammengeführt werden, gleichzeitig muss das dabei entstehende Wasser entfernt werden. Bei sogenannten PEM-Brennstoffzellen wird dies durch eine Polymermembran gewährleistet, die beidseitig von einer Gasdiffusionsschicht umgeben ist. Und genau die ist Forschungsgegenstand des ersten an der Dualen Hochschule Baden-Württemberg (DHBW) Mannheim geförderten Projektes im Rahmen des Förderprogramms des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi).

Das studiengangübergreifendes Projekt an der Fakultät Technik zur Optimierung der Gasdiffusionsschicht von PEM-Brennstoffzellen wurde in Kooperation mit dem Unternehmen 3D MicroPrint GmbH in Chemnitz im Förderprogramm „Zentrale Innovationsprogramm Mittelstand – ZIM“ erfolgreich eingeworben. Generelles Ziel der Projektförderungen in ZIM ist die Markteinführung eines innovativen Produkts, einer technischen Dienstleistung oder eines verbesserten Produktionsverfahrens. Die im Projekt geplante Optimierung von PEM-Brennstoffzellen durch additive Fertigung einzelner Komponenten besitzt ein sehr hohes Innovationspotential, so dass bereits mit Beginn des Projekts eine Patentanmeldung geprüft wird.

Zu hohe Kosten, geringe Leistungsdichte und kurze Lebensdauer der Brennstoffzelle verhindern derzeit noch eine breite Markteinführung der PEM-Brennstoffzelle auf den Gebieten der Mobilität und der Energieerzeugung. Ziel des Projektes ist es daher, durch das neue Herstellungsverfahren eine deutliche Verbesserung der Leistungsdichte und der Lebensdauer – bei vergleichbaren Kosten – zu erreichen und auf diese Weise PEM-Brennstoffzellen für Brennstoffzellenfahrzeuge oder zur Herstellung bei der mobilen und stationären Versorgung mit Strom und Wärme wirtschaftlich attraktiv zu machen.

In enger Zusammenarbeit entwickeln Prof. Dr. Volker Schulz, Studiengang Maschinenbau und Prof. Dr. Sven Schmitz, Studiengang Mechatronik ein Konzept zur Optimierung der Gasdiffusionsschicht der PEM-Brennstoffzelle. Kernpunkt ist hierbei die Gasdiffusionsschicht gezielt als poröses Metall, ähnlich einem Schwamm, zu designen und im sogenannten Micro-3D-Druck herzustellen. Als Projektpartner zur Herstellung der innovativen 3D-Microstrukturen wurde die Firma 3D MicroPrint in Chemnitz gewonnen, die sich auf die Entwicklung und Produktion von 3D-Drucker für das Lasersintern von Metallpulvern spezialisiert hat und außerdem eine eigene Fertigung auf diesen Maschinen fährt. Der Schwerpunkt liegt auf dem Micro-3D-Druck, wobei Strukturen mit Wandstärken kleiner als 30 µm hergestellt werden können. Die Berechnung der optimierten Gasdiffusionsschichten durch numerische Simulationen und Tests der modifizierten Brennstoffzellen werden am DHBW Campus in Eppelheim vorgenommen.

Zum Hintergrund

Das Zentrale Innovationsprogramm Mittelstand – ZIM, ist ein Förderprogramm des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi), das Innovationskraft besonders bei mittelständischen Unternehmen fördert. Das größte Hemmnis für Innovationsprojekte bei KMU ist der Mangel an finanziellen Ressourcen. Das Förderprogramm des ZIM will hier Abhilfe schaffen indem mit der Förderung Aktivitäten im Bereich Innovationskraft und Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit angestoßen werden sollen. Am Ende der geförderten Projekte steht in der Regel die Markteinführung eines innovativen Produkts, einer technischen Dienstleistung oder eines verbesserten Produktionsverfahrens.

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