Denksport-Zelle

Das Technologiezentrum Isenbüttel / Forschung und Entwicklung für den Antrieb der Zukunft

In Kalifornien fuhr ein blaulackierter Volkswagen mit Brennstoffzellenantrieb Mitte September bei der „Fuel Cell Partnership Road Rallye“ von Los Angeles nach San Diego als erster über die Ziellinie. Und auch bei der Challenge Bibendum – dem weltgrößten Wettbewerb für umweltverträgliche Fahrzeuge mit Zukunftstechnologie – machte der Touran HyMotion auf dem kürzlich eröffneten Formel-1-Kurs im fernen Shanghai eine äußerst sportliche Figur und entschied gleich vier Wertungsprüfungen für sich. Wer wollte, konnte sogar die Reifen durchdrehen lassen. Die komplexe Antriebseinheit mit wasserstoffbetriebener Brennstoffzelle und Elektromotor im Serienfahrzeug untergebracht und lauffähig gemacht hat ein engagiertes Team um Bernd Ruderisch, seit Mai dieses Jahres verantwortlicher Bereichsleiter des Technologiezentrums Isenbüttel. In dem gut gesicherten Gelände nahe Gifhorn entwickeln seit gut drei Jahren Mitarbeiter aus Forschung und Entwicklung Schulter an Schulter neue Elektro- und Brennstoffzellenfahrzeuge und führen die bereits Ende der 90er Jahre begonnenen Aktivitäten rund um die zukunftsweisende Antriebstechnologie unter einem Dach unter Hochdruck fort.

„Unser Aufgabenspektrum reicht von der Grundlagen- und Technologieforschung bis hin zum Aufbau von Prototypenfahrzeugen. Dabei arbeiten wir vernetzt mit den Entwicklungsabteilungen in Wolfsburg und den einzelnen Konzernmarken zusammen“, sagt Ruderisch.


Strapazen für den Elektromotor:
Dr. Robert Plikat am Triebstrang-Prüfstand.

Am gesamten Antriebskonzept, angefangen beim Wasserstoffspeicher über die Brennstoffzelle mit all ihren Komponenten bis hin zur Leistungselektronik, dem Energiespeicher und dem Elektromotor werde in Isenbüttel gearbeitet, erklärt der studierte Energietechniker bei einem Rundgang durch die drei Hallenkomplexe.

Beispiel Brennstoffzelle: Unter strengster Geheimhaltung wird an der nächsten Brennstoffzellen-Generation gearbeitet. Besonderes Augenmerk richten die Experten dabei auf die Brennstoffzellen-Membran, jener Kunststoff-Folie, die den Austausch der geladenen Teilchen erst möglich macht. Auf zahlreichen Prüfständen werden unterschiedliche Membrantypen getestet und auf ihre Lebensdauer und Leistungsfähigkeit untersucht. „Wir wollen die Betriebstemperatur von 80 auf mindestens 120 Grad erhöhen und bei der Protonenleitung gänzlich ohne Wasser als ‘Transportmittel’ auskommen. Der Aufwand bei den bisher auf dem Markt bekannten Konzepten ist zu hoch und die komplexe Technik sehr teuer“, sagt Hartmut Märtens, Leiter der Brennstoffzellenentwicklung.

Beispiel Wasserstoffspeicher: Um die Reichweite des Fahrzeugs zu erhöhen, stehen völlig neue Speichertechnologien auf dem Prüfstand. Eine von vielen technischen Lösungsmöglichkeiten: Den Druck im hochfesten Tank von 350 auf 700 bar und damit das Speichervolumen zu erhöhen.

Beispiel Energiespeicher: Moderne Prüfstände ermöglichen sowohl die Komponentenvermessung als auch realitätsnahe Dauererprobungen neuartiger Batteriesysteme mit dynamischen Prüfzyklen und unter variierenden thermischen Bedingungen.

Beispiel E-Motor und Getriebe: Ein auf die Anforderungen von Elektromotoren ausgelegter Prüfstand mit einer maximalen Drehzahl von 16000 Umdrehungen pro Minute ermöglicht unter hochdynamischen Betriebsbedingungen die Vermessung von kompletten Triebsträngen für Elektro- und Brennstoffzellenfahrzeuge.


Laboratmosphäre: Membrantypen werden auf
Leistungsfähigkeit und Lebensdauer untersucht.

„Die große Herausforderung ist es, unter Berücksichtigung aller kundenrelevanten Aspekte das Gesamtsystem im Fahrzeug zu optimieren. Bei unseren Aktivitäten fokussieren wir uns derzeit darauf, im Fahrzeug maximalen Fahrspaß bei energieoptimalem Betrieb darzustellen“, sagt Peter Lück, Leiter der Elektrofahrzeugentwicklung.

„Auch wenn erst Ende des nächsten Jahrzehnts mit nennenswerten Stückzahlen von Brennstoffzellenfahrzeugen auf den Straßen zu rechnen ist – Volkswagen wird einen wesentlichen Beitrag leisten, dass sich die Technik durchsetzt“, so Ruderisch. -fs-

In der Brennstoffzelle wird Wasserstoff (H2) durch eine elektrochemische Reaktion mit Hilfe von Sauerstoff in Strom umgewandelt. Die einzelnen Brennstoffzellen-Elemente sind dabei wie ein Sandwich aufgebaut. In der Mitte befindet sich eine protonenleitende Kunststoff-Folie (Proton = positiv geladenes Wasserstoffion), auf die beidseitig Elektroden (Anode und Kathode) aufgebracht sind. Diese Elektroden bestehen aus einem gasdurchlässigen Material, das mit einem Edelmetallkatalysator beschichtet ist. Zwei sogenannte Bipolarplatten, in die feine Gaskanäle eingebracht sind, trennen die einzelnen Zellen voneinander. Wird auf der einen Seite der positiven Elektrode (Anode) Wasserstoff durch die feinen Kanäle geleitetet, so zerlegt der Katalysator diesen in positive Wasserstoffionen und negativ geladene Elektronen. Die Protonen wandern durch die Membran hindurch zur negativen Elektrode (Kathode). Die Anode lädt sich in Folge negativ auf, da auf ihrer Seite ein Elektronenüberschuß entsteht. Auf der Kathodenseite nehmen die Sauerstoffmoleküle, vom Katalysator angeregt, Elektronen auf, wobei sich die Kathode positiv auflädt. Werden Anode und Kathode nun über einen äußeren Stromkreis verbunden, kommt es zum Ladungsausgleich. Die Elektronen fließen von Anode zu Kathode – es entsteht nutzbare Energie, die zum Antrieb des Elektromotors genutzt wird. Wasserstoff und Sauerstoff verbinden sich zu Wasser. Schadstoffe, wie sie beim Verbrennungsmotor entstehen, fallen nicht an.


Grafik: Volke Kommunikations Design

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