Jak twierdzą naukowcy zaangażowani w projekt rozwoju nowych, tańszych technologii produkcji ogniw paliwowych, do tej pory przemysł nie dysponował ani odpowiednimi metodami, ani oprzyrządowaniem umożliwiającym efektywne wytwarzanie napędów wodorowych. W efekcie poszczególne komponenty produkowane były częściowo ręcznie, a następnie montowane w sposób półautomatyczny i poddawane żmudnej, czasochłonnej kontroli jakości. Nie dziwi więc, że koszty ich wytworzenia sięgają dziś ok. 1000 euro za kilowat, zaś Hyundai – czołowy producent napędów wodorowych – zakłada, że aby osiągnąć efekty skali, a tym samym zrównać cenę pojazdów napędzanych wodorem i benzyną, należałoby wyprodukować ok. 200 tys. ogniw paliwowych rocznie.

W kierunku masowej produkcji

Badacze z trzech instytutów im. Fraunhofera postanowili to zmienić i zjednoczyli siły, by wspólnie opracować technologię umożliwiającą wytwarzanie napędów wodorowych w cenie silników benzynowych. Ich celem jest obniżenie kosztów produkcji ogniw paliwowych do poziomu 5000 euro za 100 kW, a więc niecałych 10% dotychczasowych kosztów. – Aby osiągnąć ów cel, musimy produkcję ręczną zastąpić produkcją masową opartą na efektywnych technologiach, które umożliwią wytwarzanie do czterech stosów ogniw paliwowych na minutę – wyjaśnia Ulrike Beyer, kierowniczka grupy zadaniowej ds. napędu wodorowego w Instytucie ds. Obrabiarek i Obróbki Plastycznej im. Fraunhofera (IWU).

Pierwszym krokiem w tym kierunku ma być zmiana metod wytwarzania płyt bipolarnych i zespołów elektrod membranowych. Naukowcy chcą tu wykorzystać metodę produkcji ciągłej „roll-to-roll”, która ma umożliwić wytwarzanie dużych serii ogniw.

Na czym polega metoda „roll-to-roll”?

Typowy napęd wodorowy składa się z kilkuset ogniw paliwowych generujących energię elektryczną. Każde z ogniw jest zbudowane z dwóch metalowych płytek oraz membrany. Płytki wytwarzane są z blach o grubości 50-100 mikrometrów, które najpierw wytłacza się, tworząc kanały, a następnie powleka i spawa ze sobą z wysoką precyzją. Z kolei na proces produkcji membrany składa się cały szereg metod powlekania i prasowania na gorąco.

Maszyna do obróbki „roll-to-roll”, nad którą pracują naukowcy z IWU, ma za zadanie połączyć ze sobą procesy tłoczenia i powlekania, co znacznie przyspieszy i obniży koszty obu etapów obróbki. W pierwszym z nich zastosowana zostanie nowa technologia tłoczenia na walcach, która dzięki ruchowi obrotowemu maszyny umożliwi stały wysoki przepływ płytek bipolarnych. Gotowy modułowy system ma osiągać przepustowość rzędu co najmniej 100 płytek na minutę.

Z kolei do powlekania płytek w celu zwiększenia ich przewodności i odporności na korozję naukowcy chcą wykorzystać nową powłokę na bazie węgla o grubości zaledwie kilku nanometrów. Jak twierdzą, wykazuje ona bowiem niemal równie niski opór kontaktowy jak złoto, a jej koszty są niemal o połowę niższe. Także i ten etap zostanie zautomatyzowany, co w połączeniu z właściwościami powłoki pozwoli uzyskać wysokie tempo produkcji.

Na podstawie artykułu „Brennstoffzellen fast zum Preis von Ottomotoren fertigen” opublikowanego na stronie www.kfz-betrieb.vogel.de