AiF-FV-Nummer 448 ZN

Entwicklung einer über die LiGa-Technik integrierbaren Mikrobipolar-Elementeanordnung mit minimalem Edelmetalleinsatz zur vereinfachten Auslegung und Herstellung selbstatmender Brennstoffzellenstapel für portable Elektronikanwendungen


Status & Laufzeit

Abgeschlossen: 01.10.2012 bis 31.03.2015

Forschungsstellen

  • fem Forschungsinstitut Edelmetalle und Metallchemie
    Katharinenstr. 17, 73525 Schwäbisch Gmünd
    http://www.fem-online.de

  • Karlsruher Institut für Technologie (KIT) Institut für Mikrostrukturtechnik (IMT)
    Hermann-von-Helmholtz-Platz 1, 76344 Eggenstein-Leopoldshafen
    http://www.fzk.de/imt

  • Zentrum für Brennstoffzellen gGmbH
    Carl-Benz-Str. 201, 47057 Duisburg
    http://www.zbt-duisburg.de/

Zusammenfassung

Bei mikroelektronischen Anwendungen ist von einer stetigen Zunahme der in einem jeweiligen Gerät integrierten Funktionsvielfalt auszugehen, wodurch sich der generelle Leistungsbedarf auch weiterhin erhöhen wird und durch Akkusysteme allein nicht mehr gedeckt werden kann. Die Chancen der Mikrobrennstoffzellentechnik in diesem Marktsegment sind hoch, werden jedoch derzeit noch durch zu hohe montage- bzw. fertigungsbedingte Produktionskosten der Zellenstapel und ihrer zentralen Bauteile gemindert. Erstere lassen sich bei gängigen Stapelungskonzepten aus dem zeitintensiven und filigranen Wiederholprozess der Einzelzellassemblierung ableiten. Weiterhin werden bei den kritischen Bipolarelementen als Kernkomponente einer jeden Zelle oft metallische Werkstoffe mit teuren Beschichtungen aus Edelmetall verwendet, um gewünschte Leistungsdichten und eine Langzeitstabilität zu erzielen. Im Vorläufervorhaben wurde über die LiGa-Technik ein additives Aufbaukonzept für einzelne Mikrobipolarplatten realisiert, welches den Einsatz von Gold als ideale Kontaktierungsfläche in Form von nur noch minimalen, punktuellen Mikrostrukturen implementieren kann. Die bisherige Lösung gestattet allerdings den Strukturaufbau nur auf teuren Si-Wafern und beschränkt die neuen Einzelelemente beim Stapelbau auf den langwierigen Wiederholprozess der Einzelzellassemblierung. Notwendig ist eine Weiterentwicklung im Hinblick auf einen fertigungs- und montagegerechteren Aufbau. Hierdurch soll es möglich sein, eine vollständige Anordnung anodenseitiger Bipolarstrukturen für ein komplettes Mikrobrennstoffzellensystem als Einzelbauteil integrieren zu können. Der Montageaufwand von Zellenstapeln könnte dadurch vollständig von der Zellanzahl entkoppelt und erheblich reduziert werden. Gleichzeitig werden weitere Vorteile wie UV-Lithografiemasken als flexible Werkzeuge zur Bauteilauslegung oder eine selektive Integration idealer Zellmaterialien erstmalig der gesamten Stapelbaugruppe zum Vorteil gereicht.

Förderhinweis

Das Forschungsvorhaben der Forschungsvereinigung Umwelttechnik wird über die AiF 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.

Dokumente