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 im Produktbereich SERIO 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
Zum Schweißen von metallischen Bipolarplatten verwenden wir Lösungen aus dem Produktbereich POLYPHOS WL Weitere Laserprozesse sind das Laser-Direktmarkieren von Bipolarplatten und keramischen Membranen aus dem Produktbereich POLYPHOS MK und das gratfreie Schneiden von keramischen Membranen für SOC-Anwendungen mit POLYPHOS MM.
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
Director Business Development (Printing)
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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).
Polymer-Elektrolyt-Membran Fuel Cell (PEMFC)
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.
Solid-Oxid Fuel Cells (SOFC)
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
Director Business Development (Printing)