Brennstoffzellen kommen bei Fahrzeugen mit Wasserstoff-Antrieb zum Einsatz, in der Bauindustrie, zukünftig auch in der Flugzeugindustrie oder als Elektrolysator zur Wasserstofferzeugung in der Stahlindustrie – um nur einige Anwendungen zu nennen. Der Automobilmarkt stellt dabei potenziell einen großen Anteil. Auch als Speichermöglichkeit für regenerativ erzeugte Energie mit großer Fluktuation ist Wasserstoff geeignet. Kein Wunder also, dass laut einer Studie von McKinsey mehr als 30 Regierungen Wasserstoffstrategien angekündigt haben. Neben Europa sieht die Studie vor allem China als Hauptmarkt für Fahrzeuge mit Wasserstoff-Antrieb, aber auch Japan, Korea und Nordamerika.

Um gemeinsam die vollständige Prozesskette zur Produktion von Brennstoffzellen anzubieten, hat Pressen-Hersteller Schuler nun mit den Unternehmen Thyssenkrupp Automation Engineering – als Teil von Thyssenkrupp System Engineering – und Andritz Soutec einen Kooperationsvertrag abgeschlossen. Schuler liefert dabei servomechanisch oder konventionell angetriebene Kniehebelpressen aus der Triton-Baureihe sowie Automatisierung und Werkzeuge zur Fertigung der Bipolarplatten, aus denen eine Brennstoffzelle unter anderem besteht. Das Schwesterunternehmen Andritz Soutec liefert Laserschweißanlagen zum gasdichten Verschweißen der Bipolarplatten und Thyssenkrupp die Technologie für den Dichtungsauftrag sowie Bauteiltransport.

Die Anlagen zur Bipolarplattenfertigung sind skalierbar und bei einer Ausbringungsleistung von rund einer Bipolarplatte pro Sekunde für eine Kapazität von bis zu 50.000 Brennstoffzellen pro Jahr ausgelegt. Pro Brennstoffzelle – man spricht hier auch von „Stack“ – werden 300 bis 400 Bipolarplatten verbaut. Die Anodenseite ist für die Wasserstoffzufuhr zuständig, über die Kathodenseite erfolgt die Luftzufuhr. Sie bilden die mechanische Grundstruktur der Brennstoffzelle, regeln die elektrische Serienschaltung und sorgen für eine Trennung der Zellen und damit der Membran-Elektroden-Einheiten (MEA) sowie der Gasdiffusionslage und deren Kühlung.

Anode und Kathode in einem Hub fertigen

Erster Prozessschritt der Fertigungslinie ist die Umformtechnik zum Prägen und Beschneiden von Bipolarplattenhälften aus 70 bis 100 µm dickem Edelstahlblech. Schuler bietet hierfür mechanische und servomechanische Kniehebelpressen mit bis zu 2.500 t Presskraft an. Durch das innovative Transfersystem Intratrans ist die gleichzeitige Fertigung beider Bipolarplattenhälften – Anode und Kathode – in einem Pressenhub möglich. Dabei wird von beiden Seiten der Presse Material zugeführt und durch die einzelnen Werkzeugstationen zur Pressenmitte transportiert. Dort lassen sich die Plattenhälften zusammenführen und mittels eines Punktschweißprozesses vorfügen, sodass beide Hälften zueinander fixiert sind.

Im folgenden Prozessschritt werden die Bipolarplatten mittels Remote-Laserschweißen präzise gasdicht verschweißt. Andritz Soutec bietet hierfür kontinuierlich arbeitende Laserschweißanlagen an. Mehrere parallel arbeitende Laserstrahlquellen verschweißen die Bipolarplatten. Eine nachfolgende Dichtheitsprüfung der Bipolarplatten garantiert eine konstante Qualität. Anschließend wird in Anlagen von Thyssenkrupp Automation Engineering hochgenau auf beiden Seiten der Bipolarplatten eine Dichtung appliziert, getrocknet und optisch auf korrekte Qualität überprüft. Neben einem innovativen System für den Transport der Bipolarplatten zwischen den Anlagenteilen bietet Thyssenkrupp Anlagen zur Produktion der MEA (Membran-Elektroden-Einheit) sowie zum Stapeln von MEA und Bipolarplatten zum finalen Brennstoffzellen-Stack inklusive Prüftechnik an. Ergänzend ermöglicht ein übergreifendes Track-&-Trace-System die Rückverfolgbarkeit der einzelnen Bipolarplatten, ausgehend vom Coilmaterial, sowie aller weiteren Produktionsdaten einer Brennstoffzellenmontage.