{"id":8160,"date":"2022-12-01T10:00:00","date_gmt":"2022-12-01T09:00:00","guid":{"rendered":"https:\/\/hydrogencouncil.com\/?p=8160"},"modified":"2024-02-29T14:13:37","modified_gmt":"2024-02-29T13:13:37","slug":"how-membrane-technology-is-driving-the-commercialization-of-fuel-cells-in-the-automotive-industry","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/hydrogencouncil.com\/de\/how-membrane-technology-is-driving-the-commercialization-of-fuel-cells-in-the-automotive-industry\/","title":{"rendered":"Wie die Membrantechnologie die Kommerzialisierung von Brennstoffzellen in der Automobilindustrie vorantreibt"},"content":{"rendered":"
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Von Simon Cleghorn, globaler Produktspezialist, WL Gore & Associates<\/em><\/p>\n\n\n\n

Ohne Zweifel ist Wasserstoff f\u00fcr unsere saubere Energiezukunft von entscheidender Bedeutung, und als wichtige nachgelagerte Anwendung von Wasserstoff wird die Brennstoffzellentechnologie von Tag zu Tag ausgereifter. So sehr, dass bei WL Gore & Associates (Gore) Wasserstoff unsere globale Vision eines kohlenstoffarmen, nachhaltigen Energiesystems vorantreibt. Und nirgendwo ist dies offensichtlicher als im Verkehrssektor, einem Schl\u00fcsselakteur bei der Einf\u00fchrung von Wasserstoff als Energiequelle.<\/p>\n\n\n\n

Entscheidend f\u00fcr die Realisierung dieses zuk\u00fcnftigen Potenzials ist der Brennstoffzellenstapel mit Protonenaustauschmembran (PEM), der eine Membrantechnologie nutzt, die mit dem richtigen Fachwissen die Kommerzialisierung von FCEVs beschleunigen kann, indem sie die Leistung und Zuverl\u00e4ssigkeit von Brennstoffzellenstapeln und -systemen erheblich verbessert.<\/p>\n\n\n\n

Derzeit gibt es zwei Technologien, die den CO2-Fu\u00dfabdruck des Transports reduzieren k\u00f6nnen: Brennstoffzellen-Elektrofahrzeuge (FCEVs) und Batterie-Elektrofahrzeuge (BEVs).<\/p>\n\n\n\n

Mit einer schnellen Betankungszeit von 3-5 Minuten, einer erweiterten Reichweite von \u00fcber 400 Meilen und einer schnell wachsenden verf\u00fcgbaren Wasserstoffinfrastruktur gewinnen brennstoffzellenbetriebene Fahrzeuge unglaublich viel Zugkraft und er\u00f6ffnen neue M\u00f6glichkeiten f\u00fcr die Zukunft der Mobilit\u00e4t.<\/p>\n\n\n\n

Bei genauerer Betrachtung der verschiedenen Arten von Brennstoffzellentechnologien bieten Protonenaustauschmembran(PEM)-Brennstoffzellen viele vielversprechende M\u00f6glichkeiten f\u00fcr Automobilanwendungen. Werfen wir also einen Blick auf einige der vielen Vorteile und Gr\u00fcnde, warum das PEM-Brennstoffzellenstapelsystem eine gro\u00dfartige L\u00f6sung f\u00fcr Fahrzeuge ist.<\/p>\n\n\n\n

Im Vergleich zu Festoxid-Brennstoffzellen (SOFC) und Direktmethanol-Brennstoffzellen (DMFC) bietet die Wasserstoff-PEM-Brennstoffzelle eine hohe Leistungsdichte, ein geringes Gewicht und Volumen sowie ein attraktives Betriebstemperaturfenster, das vor dem Betrieb keine Vorw\u00e4rmung erfordert (Abbildung 1). .<\/p>\n\n\n

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\u00a9 WL Gore & Associates<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n

Dadurch k\u00f6nnen Automobilhersteller ein breiteres Portfolio an brennstoffzellenbetriebenen Produkten anbieten \u2013 von Pkw \u00fcber Nutzfahrzeuge bis hin zu Logistik-Lkw mit gro\u00dfer Reichweite. Diese \u00fcberlegene Vielseitigkeit hat es PEM-Brennstoffzellenstacks und -systemen erm\u00f6glicht, den 64%-Anteil des Brennstoffzellenmarkts zu \u00fcbernehmen (Abbildung 2).<\/p>\n\n\n

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\u00a9 WL Gore & Associates<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n

Die potenziellen Vorteile der PEM-Brennstoffzellentechnologie machen es f\u00fcr Autohersteller entscheidend, zu investieren. Die Technologie muss jedoch kommerziell rentabel und wettbewerbsf\u00e4hig sein, um Skaleneffekte zu erzielen. Um eine breite Akzeptanz zu erreichen, m\u00fcssen Ingenieure von Brennstoffzellen-Stacks mit Experten f\u00fcr Membrantechnologie zusammenarbeiten und gemeinsam PEM, Stack und System optimieren, um die Kommerzialisierungsanforderungen f\u00fcr FCEVs in drei gro\u00dfen Kategorien zu erf\u00fcllen:<\/p>\n\n\n\n

    \n
  1. Zuverl\u00e4ssige Leistung <\/strong>\u2013 Verstehen Sie die Leistungsdichte und Haltbarkeitseigenschaften von PEM und wie Sie die Membrantechnologie f\u00fcr eine optimale Leistung im Stapel und im System nutzen k\u00f6nnen.<\/li>\n\n\n\n
  2. Technischer Support <\/strong>\u2013 Stellen Sie gebrauchstaugliche L\u00f6sungen, technisches Know-how und Serviceunterst\u00fctzung sicher, um die Ziele des Fahrzeugprogramms zu erreichen.<\/li>\n\n\n\n
  3. Versorgungssicherheit<\/strong> \u2013 Aufrechterhaltung einer zuverl\u00e4ssigen Lieferkette von Komponenten und Materialien f\u00fcr Wasserstoffbrennstoffe, um Qualit\u00e4t, Konsistenz und skalierbare Produktion zu erreichen.<\/li>\n<\/ol>\n\n\n\n

    Zuverl\u00e4ssige Leistung<\/strong><\/p>\n\n\n\n

    Die PEM in einer Brennstoffzelle trennt Wasserstoff von Luft (Sauerstoff), transportiert Protonen von der Anode zur Kathode und verhindert einen Kurzschluss der Elektronen in der Zelle. Damit ist die PEM ein wesentlicher Bestandteil der Wasserstoff-zu-Energie-Umwandlung in der Brennstoffzelle. Um unter hohen Temperaturen und potenziell trockenen Bedingungen zuverl\u00e4ssig zu funktionieren und eine hervorragende Leistung zu erbringen, m\u00fcssen PEMs in einem Brennstoffzellenstapel f\u00fcr Kraftfahrzeuge eine hohe Protonenleitf\u00e4higkeit aufweisen (Leistungsdichte erm\u00f6glichen), gegen chemische Zersetzung und mechanisches Versagen best\u00e4ndig sein und eine geringe Gasdurchl\u00e4ssigkeit aufweisen.<\/p>\n\n\n\n

    Durch die Verwendung d\u00fcnnerer PEMs k\u00f6nnen Ingenieure den Protonenwiderstand verringern und gleichzeitig den Wassertransport erh\u00f6hen und die Leistung verbessern, insbesondere bei niedriger relativer Luftfeuchtigkeit (RH). Herk\u00f6mmlich d\u00fcnnere PEMs k\u00f6nnen jedoch die mechanischen Eigenschaften beeintr\u00e4chtigen und daher die Lebensdauer der Brennstoffzelle beeintr\u00e4chtigen.<\/p>\n\n\n\n

    Dar\u00fcber hinaus k\u00f6nnen d\u00fcnnere PEMs zu einem Anstieg des Gas\u00fcbergangs und einer geringeren Kraftstoffeffizienz sowie zu einer erh\u00f6hten Konzentration sch\u00e4dlicher Radikale f\u00fchren, die den chemischen Abbau beschleunigen und zu einer verk\u00fcrzten Produktlebensdauer f\u00fchren.<\/p>\n\n\n\n

    Diese Kompromisse k\u00f6nnen durch Mikroverst\u00e4rkung der PEM mit expandiertem Polytetrafluorethylen \u2013 oder ePTFE \u2013 erheblich reduziert werden. Die verbundverst\u00e4rkte PEM-Technologie von Gore wurde auf der Grundlage jahrzehntelanger Erfahrung in der Materialtechnik entwickelt und basiert auf einer Kombination aus hochentwickeltem ePTFE, Hochleistungs-Ionomeren und propriet\u00e4ren Membranadditiven zur Bek\u00e4mpfung des chemischen Abbaus. Das Ergebnis ist ein niederohmiges und langlebiges Produktdesign f\u00fcr spezifische Anwendungsanforderungen (Abbildung 3). Kontinuierliche F&E-Bem\u00fchungen bei PEM-Materialien und -Designs sowie Brennstoffzellenstapeln und -systemen m\u00fcssen einen ganzheitlichen Ansatz verfolgen, um ihre Wechselwirkungen und Kompromisse zu verstehen, um die Leistung und Kosten der Endanwendung zu optimieren.<\/p>\n\n\n

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    \u00a9 WL Gore & Associates<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n

    Technischer Support<\/strong><\/p>\n\n\n\n

    Auf dem Weg von der PEM-Forschung und -Entwicklung zur Produktion und Kommerzialisierung entstehen neue und unterschiedliche Produktanforderungen. PEM-Lieferanten m\u00fcssen \u00fcber das technische Know-how und Wissen verf\u00fcgen, um die kundenspezifischen, gebrauchsfertigen Anforderungen der Automobilhersteller zu erf\u00fcllen.<\/p>\n\n\n\n

    F\u00fcr einen Komponentenlieferanten ist es wichtig, \u00fcber ein tiefes Verst\u00e4ndnis der potenziellen Leistungskompromisse seiner Komponente und der potenziellen Wechselwirkungen mit anderen Komponenten im Brennstoffzellenstapel und -system zu verf\u00fcgen. Im Falle der PEM hat Gore sowohl Modellierungs-, In-situ- (in der Brennstoffzelle) als auch Ex-situ-Testmethoden entwickelt, um das Verst\u00e4ndnis dieser Wechselwirkungen zu erm\u00f6glichen und das Produktdesign zu beschleunigen.<\/p>\n\n\n\n

    Entscheidend ist, dass f\u00fchrende PEM-Lieferanten in der Lage sein sollten, elektrochemische Analysen vor Ort (in der Brennstoffzelle) durchzuf\u00fchren, um die Ursache f\u00fcr geringe Leistung und\/oder Leistungsverlust im Laufe der Zeit zu bestimmen, die aus Material\u00e4nderungen resultieren k\u00f6nnten. Ex-situ-Postmortem-Analysewerkzeuge sollten Automobilzulieferern leicht zur Verf\u00fcgung stehen, um die Ausfallarten und -mechanismen von vor Ort zur\u00fcckgegebenen MEA\/PEM-Stapeln zu diagnostizieren.<\/p>\n\n\n\n

    Um das Bild f\u00fcr einen ganzheitlichen technischen Support abzurunden, sollten PEM-Lieferanten \u00fcber umfassende globale Analyseressourcen verf\u00fcgen, um oberfl\u00e4chenwissenschaftliche Untersuchungen, thermische, mechanische und physikalische Charakterisierung, chemische Analyse und mikrostrukturelle Charakterisierung f\u00fcr komplexe Probleml\u00f6sungen zu unterst\u00fctzen.<\/p>\n\n\n\n

    Versorgungssicherheit<\/strong><\/p>\n\n\n\n

    W\u00e4hrend Autohersteller zur Massenproduktion von Brennstoffzellen \u00fcbergehen, m\u00fcssen PEM-Hersteller hohe Produktionsertr\u00e4ge mit konsistenten Hochleistungsprodukten sicherstellen \u2013 und gleichzeitig Produktkosten und Qualit\u00e4tsrisiken minimieren. PEM-Lieferanten mit konsistenten Rohstoffen und Pr\u00e4zisionsmembranbeschichtungstechnologie k\u00f6nnen Einheitlichkeit und Qualit\u00e4t sicherstellen, indem sie die Variabilit\u00e4t von Zelle zu Zelle minimieren (Abbildung 4). Dadurch k\u00f6nnen Hersteller von Brennstoffzellenstacks die Leistungsverteilung sowohl innerhalb der Zelle als auch von Zelle zu Zelle im Stack pr\u00e4zise steuern. Dies f\u00fchrt zu h\u00f6heren Stack-Produktionsertr\u00e4gen und niedrigeren Kosten sowie einer verbesserten Stack-Lebensdauer.<\/p>\n\n\n

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    \u00a9 WL Gore & Associates<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n

    Ein weiterer wichtiger Aspekt ist die Rohstoffversorgung. Nur wenige PEM-Hersteller haben etablierte, bew\u00e4hrte und zuverl\u00e4ssige Lieferketten f\u00fcr Rohstoffe, die auf umfangreichen F&E-Kooperationen und sicheren Handelspartnerschaften mit Unterlieferanten basieren.<\/p>\n\n\n\n

    Noch schwieriger ist es, Lieferanten zu finden, die Hochleistungs-PEM in den Mengen herstellen k\u00f6nnen, die f\u00fcr die Nachfrage der Industrie erforderlich sind. Gore versteht dies als entscheidend f\u00fcr den Erfolg und nutzt seine ePTFE-Verst\u00e4rkungskompetenz und globalen Netzwerkressourcen, um die Versorgungssicherheit, Prozessstabilit\u00e4t und Qualit\u00e4tskonsistenz in gro\u00dfem Ma\u00dfstab zu gew\u00e4hrleisten.<\/p>\n\n\n\n

    Brennstoffzellentechnologie f\u00fcr den G\u00fcterverkehr und dar\u00fcber hinaus wirtschaftlich nutzbar machen<\/strong><\/p>\n\n\n\n

    Heute wird die Brennstoffzellentechnologie in FCEVs f\u00fcr Personenkraftwagen effektiv entwickelt, eingesetzt und getestet. Gro\u00dfartige Neuigkeiten, denn diese Fortschritte und Erkenntnisse ebnen den Weg f\u00fcr die vielen Vorteile der PEM-Technologie in anderen Sektoren der Transportindustrie. Brennstoffzellentechnologie auch f\u00fcr die G\u00fcterverkehrsbranche wirtschaftlich nutzbar machen.<\/p>\n\n\n\n

    Entwickler von Brennstoffzellensystemen in kommerzieller Anwendung suchen nun nach \u00e4hnlichen kooperativen Modellen, um ihre Technologie basierend auf Fortschritten in der PEM-Technologie von Gore zu skalieren.<\/p>\n\n\n\n

    Und die Vorteile liegen auf der Hand \u2013 Lkw, die mit sauberem Wasserstoff betrieben werden, k\u00f6nnen leichtere Brennstoffzellenstacks verwenden, was ihnen eine gr\u00f6\u00dfere Nutzlastkapazit\u00e4t und verbesserte Effizienz verleiht, was zu reduzierten Gesamtbetriebskosten f\u00fchrt, entscheidende Leistungsindikatoren in einer hart umk\u00e4mpften Branche.<\/p>\n\n\n\n

    Zusammenfassend glauben wir, dass Ingenieure von Brennstoffzellen-Stacks mit Experten f\u00fcr Membrantechnologie zusammenarbeiten m\u00fcssen, um die Kommerzialisierungsanforderungen f\u00fcr PEM, Stacks und Systeme f\u00fcr FCEVs in drei gro\u00dfen Kategorien zu erf\u00fcllen: zuverl\u00e4ssige Leistung, fachm\u00e4nnischer technischer Support und Versorgungssicherheit \u2013 was Automobilherstellern aller Art erm\u00f6glicht um f\u00fcr eine wasserstoffbetriebene Zukunft ger\u00fcstet zu sein.<\/p>\n\n\n\n

    Wenn Sie mehr \u00fcber Gore und GORE-SELECT erfahren m\u00f6chten\u00ae<\/sup> Membrantechnik, besuchen Sie bitte https:\/\/www.gore.com\/alt-energy.<\/a><\/p>\n\n\n\n

    WL Gore & Associates<\/strong><\/p>\n\n\n\n

    WL Gore & Associates, ein unterst\u00fctzendes Mitglied des Hydrogen Council, ist ein globales Materialwissenschaftsunternehmen, das Industrien ver\u00e4ndert und Leben verbessert. Im Laufe seiner Geschichte hat Gore komplexe technische Herausforderungen in den anspruchsvollsten Umgebungen gel\u00f6st \u2013 vom Weltraum \u00fcber die h\u00f6chsten Gipfel der Welt bis hin zum Innenleben des menschlichen K\u00f6rpers. Es erwirtschaftet derzeit mit mehr als 12.000 Mitarbeitern einen Jahresumsatz von $4,5 Milliarden.<\/p>\n\n\n\n

    <\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/section>\n\t\t\t\t<\/div>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

    Wasserstoff ist f\u00fcr unsere saubere Energiezukunft von entscheidender Bedeutung und bei WL Gore & Associates (Gore) treibt er unsere Vision eines kohlenstoffarmen Energiesystems voran, was insbesondere an der Nutzung von Wasserstoff als Energiequelle im Transportsektor deutlich wird.<\/p>","protected":false},"author":5,"featured_media":8170,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"footnotes":""},"categories":[81,87,82,79,83,84,78,107,74,85,86,77,80,111,96,102],"tags":[145],"class_list":["post-8160","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-africa","category-article","category-asia-pacific","category-category","category-central-south-america","category-europe","category-format","category-fuel-cells","category-hydrogen-in-action","category-middle-east","category-north-america","category-region","category-subject-matter","category-technology","category-thought-leadership","category-transport","tag-thought-leadership"],"acf":[],"yoast_head":"\nHow membrane technology is driving the commercialization of fuel cells in the automotive industry | Hydrogen Council<\/title>\n<meta name=\"description\" content=\"Hydrogen is vital for our clean energy future, and at W. 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