AiF-FV-Nummer 24415

Automatisierte Qualitätsanalyse der Makrostruktur von PEMFC-Katalysatorschichten mit zerstörungsfreien Röntgen- und optischen Methoden

Status & Laufzeit

Laufend: 01.11.2025 bis 31.10.2027

Forschungsstellen

Zusammenfassung

Die PEM-Brennstoffzellen (PEMFC) Technologie ist für die Wasserstoffwirtschaft und Klimaziele unver-zichtbar. Der globale Markt wächst stetig, wobei Europa trotz hoher Wachstumsraten hinter Asien und Nordamerika zurückliegt. Die Massenfertigung von CCMs (Catalyst Coated Membranes) wird mit wenigen großen Herstellern verbunden, was den Zugang für KMUs erschwert, da die Materialkosten für eine 11 m lange CCM bei ca. 1.000 € liegen und somit die Produktion finanzielle Risiken birgt. Um KMUs den Zugang zur PEMFC-Technologie durch Senkung der Kosten zu ermöglichen, sind zuverlässige Prozess- und Quali-tätskontrollen essenziell. Das Forschungsvorhaben zielt auf ein Verfahren zur automatisierten Qualitätsanalyse von Katalysator-schichten (KS) als Teil von CCMs und insb. dem Herzstück von PEMFCs, den Membran-Elektrolyt-Einheiten (MEAs), ab. Bildgebende Verfahren wie Röntgenprüfung, Laserlichtschnitt und inverse Deflektometrie wer-den eingesetzt, um Qualitätsmerkmale der KS im Produktionstakt zu erfassen. KS werden unter Variation der Zusammensetzung und Produktionsparameter hergestellt und mittels KI-basierter Bildanalysealgorith-men charakterisiert. Die Korrelationsanalyse zwischen Bilddaten und elektrochemischen Leistungseigen-schaften ermöglicht die Identifikation von Ausschuss und Qualitätsdefekten in Echtzeit. Die Entwicklung von Inline-fähigen Messtechniken und KI-basierten Algorithmen zur Defektanalyse soll die komplexen Be-ziehungen zwischen Fertigungsprozessen, Makrostrukturen und Leistungsdaten aufzeigen, um die Serien-fertigung wettbewerbsfähig zu machen. Die entwickelten Methoden und Technologien können auch auf andere Bereiche wie PEM-Wasserelektrolyse und Lithium-Ionen-Batterien übertragen werden. Dieses Forschungsvorhaben hat das Potenzial, signifikant zur Qualitätssteigerung und Kostensenkung in der Herstellung von PEMFC-Komponenten beizutragen und unterstützt nachhaltigere und ressourcen-schonendere Produktionsabläufe in der chemischen Industrie und im Maschinenbau.

Förderhinweis

Das Forschungsvorhaben der Forschungsvereinigung Umwelttechnik wird / wurde über den Projektträger AiF (bis 2023) bzw. DLR im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.