Startseite > Smarter World > Lasertechnik ist für eine wirtschaftliche Fertigung entscheidend

Brennstoffzellen

Lasertechnik ist für eine wirtschaftliche Fertigung entscheidend

9. Februar 2023, 13:30 Uhr | Kathrin Veigel

Bipolarplatten von Brennstoffzellen lassen sich am besten mit Lasertechnik schweißen.

Die schnelle und zuverlässige Produktion von Bipolarplatten, der Kernkomponente der Brennstoffzelle, wird der Wasserstofftechnologie zum Durchbruch verhelfen. Für eine wirtschaftliche Fertigung dieser hauchdünnen Metall-Platten ist Lasertechnik, wie sie zum Beispiel Trumpf anbietet, unerlässlich.

Um das weltweite Rennen um die Wasserstoff-Technologie für das Autoland Deutschland zu entscheiden, benötigt es auch Fertigungstechnologie made in Germany. Denn eine Herausforderung sind die noch hohen Herstellungskosten der Fahrzeuge mit Brennstoffzelle. Dass deutsche Industrieausrüster einen entscheidenden Teil zur Lösung beitragen könnten, zeigt sich bei Trumpf.

Das Herzstück einer mobilen Brennstoffzelle ist der sogenannte Stack – ein aus vielen Bipolarplatten bestehender Stapel: Dieser Stapel an Bipolarplatten ermöglicht es, dass Wasserstoff mit Sauerstoff aus der Luft reagiert und verbrennt. Dabei entsteht Wasser, Strom und Wärme. Den Strom nutzt das Wasserstoff-Fahrzeug als Antrieb für seinen E-Motor. Ohne hochanspruchsvolle Fertigungstechnologie und den Laser als Fügewerkzeug lassen sich diese hauchdünnen Metallplatten stand heute kaum wirtschaftlich herstellen.

Fertigung von Brennstoffzellen ist anspruchsvoll

Eine Bipolarplatte besteht aus zwei zusammengeschweißten Edelstahlblechen von ungefähr der Größe eines DIN-A4-Blatts, die kaum dicker als ein menschliches Haar sind. Das Schweißen dieser Edelstahlbleche ist schwierig: Die Schweißnaht muss perfekt sein, wobei die feinen Schweißungen mit dem bloßen Auge kaum zu sehen sind.

Selbst kleinste Fehler sind fatal: Denn Wasserstoff ist das kleinste Molekül der Welt, viel kleiner als Erdgas, und schlüpft daher durch jede Ritze. Eine einzelne undichte Bipolarplatte macht deshalb ein komplettes Stack unbrauchbar. »Es kommt beim Schweißen also auf höchste Qualität an. Dies gelingt am besten mit dem Laser«, so Dr. Christian Schmitz, Mitglied des Vorstands und CEO Lasertechnik bei Trumpf.

Die Herausforderung beim Fügen der Bipolarplatten: Die Hersteller müssen auf einer sehr großen Fläche komplexe Geometrien mit extremer Genauigkeit schweißen. Komplexe Geometrie heißt, die Schweißnähte müssen extrem dünn und gleichzeitig absolut dicht sein. Beim Fügen der Platten darf der Hersteller nur minimal Wärme in das Werkstück einbringen, ansonsten kann es zu Verzug kommen.

Diese Kombination an Anforderungen sorgt dafür, dass fast alle Fügeverfahren hierfür nicht infrage kommen – bis auf den Laser. Das Schweißen der Bipolarplatten geht außerdem mit einem hohen Prüfaufwand hinsichtlich Dichtigkeit und Festigkeit einher.

Trumpfs Expertise bei der Bipolarplatten-Fertigung

Trumpf arbeitet an integrierten Sensorlösungen, um die Qualität sicherzustellen und den Prüfaufwand zu reduzieren. Das Hochtechnologieunternehmen kann dabei bereits auf eine umfassende Expertise zurückgreifen und arbeitet mit führenden Unternehmen zusammen, die sich mit dem Thema Brennstoffzelle befassen.

»Wir können dabei auf eine umfassende Expertise beim Schweißen von Bipolarplatten zurückgreifen. In unseren Laserapplikationszentren treiben wir gemeinsam mit unseren Kunden die Fertigung von Bipolarplatten voran – so wie wir es bereits für die Fertigung von Batterien für E-Autos erfolgreich getan haben«, erklärt Dr. Christian Schmitz

Außerdem treibt Tumpf die Entwicklung von weiteren Laserverfahren voran, die den Fertigungsprozess von Brennstoffzellen künftig effizienter und wirtschaftlicher machen sollen.

»Die Brennstoffzelle ist für uns ein Zukunftsthema. Wir sehen Potenzial vor allem im Schwerlastverkehr. Viele Lkw-Hersteller sind gerade weltweit dabei Lastwagen mit Wasserstoffantrieb auf die Straße zu bringen oder haben es bereits getan. Brennstoffzellen kommen jedoch nicht nur in Lkw, Bussen oder Autos zum Einsatz. Sie eignen sich auch für die Stromversorgung von Industrieanlagen und Wohnhäusern, in der Stahlproduktion, der Chemieindustrie sowie in der Luftfahrt. Die stationären unterscheiden sich von den mobilen Anwendungen beim Aufbau und den Materialien. Die Aufgaben für den Laser bleiben jedoch im Grunde die Gleichen«, so Dr. Schmitz.