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Die ASYS Gruppe ist ein global agierendes Technologieunternehmen und führender Anbieter von Maschinen für die Elektronik-, Solar und Life Science Branche. Die Marke ASYS garantiert weltweit gleich hohe Qualitäts- und Verarbeitungsstandards.

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ASYS Brennstoffzelle

Produktionslösungen für die Brennstoffzelle

In mit Wasserstoff betriebenen Fahrzeugen oder als dezentraler Energielieferant setzen sie das Leben unter Strom: Brennstoffzellen überzeugen schon heute mit ihrer hohen Effizienz und zeigen so den Weg in die Technologie-Welt von morgen auf. 

Kernkompetenz Prozessintegration

Der Herstellungsprozess der einzelnen Membran sowie deren anschließende Stapelung zu einem leistungsfähigen Brennstoffzellenmodul (Stack) erfordert spezifisches Prozess Know-How. Einzelne Prozessschritte werden zu einem leistungsfähigen Gesamtkonzept verknüpft. Als etablierter Anbieter für Produktions-Automatisierung vereinen wir das Fachwissen aus den unterschiedlichen Bereichen mit Zuverlässigkeit und Präzision.

Material Logistics
Unsere „Material Logistics“ Lösungen haben bereits den Materialfluss und das produktionsnahe Puffern von Materialien in Elektronikfertigungen revolutioniert.

Drucken
Zu unserem Know-How gehört das hochpräzise Bedrucken von unterschiedlichen, sehr dünnen und fragilen Substraten. Dies sind Anforderungen, denen wir auch bei den Membranen der Brennstoffzelle begegnen. Das EKRA Drucker Portfolio reicht von Stand-Alone Systemen bis hin zu 1-Sekunden-Highspeedlinien. Zusätzlich können wir auf jahrelange Erfahrung aus dem Beschichten im Bereich Photovoltaik zurückgreifen.

Laser Technology
Substrate mittels Laser zu beschriften, ritzen, trennen oder auf Maß zu schneiden ist das Tagesgeschäft unseres Bereichs „Laser Technology“.

Kundenspezifische Montage Lösungen 
Unser Geschäftsbereich Inventus ist darauf ausgelegt, anspruchsvolle Automatisierungsaufgaben wie sie beispielsweise für den Stack-Aufbau benötigt werden, zu entwickeln und zu realisieren. Weiterhin bieten wir Ihnen individuelle Kontrollmöglichkeiten, um beispielsweise den Pastenauftrag der Membran oder den Dichtungsdruck der Bipolarplatte zu überwachen.

Das Resultat dieser breiten Fächerung sind innovative Fertigungs- und Montagekonzepte für Ihre Brennstoffzellenproduktion. Wir begleiten Sie dabei mit Einstiegs- oder High-Volume-Varianten, in Einzel- oder Turn-Key-Lösungen.

 

Ihr Ansprechpartner

Franz Plachy

Sales & Technologies Hybrid & Specials

Brennstoffzellen

Eine Brennstoffzelle besteht in der Regel aus einer Membran-Elektroden-Einheit (MEA), die von zwei metallischen Polplatten (Bipolarplatten) umschlossen wird. Durch die Polplatten werden die Anoden- und Kathodengase Wasserstoff und Sauerstoff zur MEA transportiert. Dort findet die eigentliche elektrochemische Reaktion zur Stromgewinnung statt. Eine grobe Unterscheidung der Brennstoffzellen erfolgt über die Betriebstemperatur. Während „Niedertemperatur“ Brennstoffzellen meist sogenannte PEM-Zellen in Bereichen <100°C arbeiten, liegt die Betriebstemperatur einer „Hochtemperatur“ Brennstoffzelle im Bereich von 700°-1000°C. Hochtemperatur Zellen basieren aktuell meist auf keramischen Membranmaterialien (SOFC) oder metallischen Membranmaterialien (MSC).

Niedertemperatur Brennstoffzelle

Polymer-Elektrolyt-Membran Fuel Cell (PEMFC)

Bipolarplatte

ASYS Group Prozessschritte

Laserschweißen und Dichtheitstest

Die in das Linienkonzept integrierte Laserschweißanlage wird mit Stapeln gestanzter Bleche für Anoden- und Kathodenseite beladen. Sie werden automatisiert mit Hilfe eines optischen Systems zueinander ausgerichtet, übereinandergelegt, fixiert und verschweißt. Optional kann das Ergebnis inline auf Dichtheit überprüft werden. Eventuell schadhafte Bipolarplatten werden direkt aussortiert und nur Gutteile in einem Stapel zwischengelagert. 

Dichtungsdruck

Verschiedenste Elastomere oder Silikone, die als Dichtmaterial geeignet sind, lassen sich im Siebdruckverfahren aufbringen. Abhängig vom Material können gleichmäßige Schichtdicken mit +/- 5 µm Toleranz erreicht werden. Die Taktzeit spielt in diesem Prozessschritt eine entscheidende Rolle für die Kosteneffizienz, daher werden in der Drucklinie zwei Bipolarplatten parallel verarbeitet. Innerhalb von 3 Sekunden werden sie mit Greifern auf dem Drucktisch platziert, dabei mechanisch ausgerichtet und bedruckt. Während die bedruckten Platten über Transportbänder ausgeschleust werden, können bereits die nächsten Teile aufgelegt werden. Nach dem Durchlauf durch den Trockenofen werden sie gewendet und als Stapel zwischengelagert oder direkt in einen zweiten Drucker zum Rückseitendruck weitergegeben.

Beschichtung / GDL

Um den elektrischen Kontakt zur MEA zu verbessern, werden Bipolarplatten beschichtet. Hierbei handelt es sich um Kontaktdrucke (Bipolarplatte zu MEA) mit spezieller Beschichtungsmethode und anschliessender Inspektion.

Transport und Lagerung

Transport der Materialien von der Fertigungsstation zu einem automatisierten Zwischenlager. Dieser kann manuell oder vollautomatisch durchgeführt werden. Die Zwischenlagerung kann in einem ASYS Material Warehouse erfolgen. Die Kommunikation erfolgt über ein Leitrechnersystem.

Stack-Montage

Um die gewünschte Leistung der Brennstoffzelleneinheiten zu erzielen, werden MEAS mit beidseitigen Bipolarplatten gestapelt. Gleichzeitig wird der Stapel mit den Anschlussplatten verbunden, sowie verschraubt oder geklemmt. Für die Automatisierung werden auf die Taktzeit abgestimmte Lösungen entwickeln und realisiert.


Hochtemperatur Brennstoffzelle

Solid-Oxid Fuel Cells (SOFC)

Membran-Elektroden-Einheit

ASYS Group Prozessschritte

RtR – Rolle zu Rolle

Je  nach Technologie bieten wir Lösungen zum Druck der Layer auf die noch nicht gesinterte oder bereits gesinterte Membran an. Die Drucke können sowohl im Einzelsheetverfahren als auch direkt von der Rolle (RtR) erfolgen. 

Laserschneiden

Das beschneiden der gesinterten Membran erfolgt mittels eines Lasers. Die Membran kann in diesem Schritt auch eine eindeutige Kennzeichnung ( z.B. DMC-Code) erhalten.

Membrandruck - rigid

Die gebrannten und zugeschnittenen Keramik-Halbzellen können weiter mit mehreren Layern bedruckt werden. Hier kann auf  etablierte Maschinenkonzepte aus dem Solar-Bereich zurückgegriffen werden. Dadurch sind ein materialschonender Transport (Substrathandling) bei geringster Taktzeiten und homogenen Schichtstärken gewährkleistet.

Stack-Montage

Um die gewünschte Leistung der Brennstoffzelleneinheiten zu erzielen, werden MEAS mit beidseitigen Bipolarplatten gestapelt. Gleichzeitig wird der Stapel mit den Anschlussplatten verbunden, sowie verschraubt oder geklemmt. Für die Automatisierung werden auf die Taktzeit abgestimmte Lösungen entwickeln und realisiert.

Traceability

Für die Produktnachverfolgung und die Kommunikation der Maschinen bieten wir unterschiedliche Schnittstellen und Softwarelösungen. Alle ASYS Produktionskonzepte können somit individuell an verschiedene Datenbanksysteme angebunden werden. Darüber hinaus unterstützt das smarte Assistenzsystem PULSE den Bediener in der Produktion. 

Firing / Sintern

Das sintern der Membran bei Temperaturen von rund 900°C erfolgt in Stand-Alone oder Inlinesystemen. Diese werden in die Automatisierungslösung integriert. Je nach Konzept, werden die gesinterten Substrate für eine Weiterverarbeitung im Schneidlaser in Magazinen zwischengelagert.

Testen

Die Druckkontrolle wird in vollautomatisierten Linien über eine Gewichtskontrolle  oder über integrierte Inspektionssysteme (3D-Inspektion) durchgeführt.

Transport und Lagerung

Die Substrate oder die Bipolarplatte werden von der Fertigungsstation zu einem automatisierten Zwischenlager transportiert. Dieser kann manuell oder vollautomatisch durchgeführt werden. Die Zwischenlagerung kann in einem ASYS Material Warehouse erfolgen. Die Kommunikation erfolgt über ein Leitrechnersystem.

Bipolarplatten

Aufgrund der hohen Betriebstemperaturen in Festoxid-Brennstoffzellen müssen die Dichtmaterialien sehr temperaturstabil sein. Daher kommen für den Dichtungsdruck häufig Pasten auf Basis von Glas, Glaskeramiken oder Metallen zum Einsatz.  Die Pasten sind dadurch sehr abrasiv und erfordern eine sorgfältige Einstellung der Druckprozesse um übermäßigen Materialverschleiß zu vermeiden.


Stack Aufbau von Bipolarplatten

Highspeed Drucklinie zur Bedruckung der Membran

Lasermarkiersystem

Plasmareinigung

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Ihr Ansprechpartner

Franz Plachy

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