ZEISS EMOBILITY SOLUTIONS

Qualitätssicherung für
Brennstoffzellensysteme

Zuverlässige Komponenten durch Qualitätsdaten
Anwendungen
Blue Line für das Brennstoffzellensystem
Videos
Related products
Kontakt

Qualitätsmanagement für Brennstoffzellensysteme

Prüfung einzelner Zellkomponenten

Mit einer Bipolarplatte (BPP) und einer Membran-Elektroden-Einheit (MEA) ist jede Brennstoffzelle im Stapel in Reihe geschaltet und damit entscheidend für die Gesamtsystemqualität. Um die Einhaltung strenger Anforderungen zu gewährleisten, müssen mögliche Oberflächenfehler wie Verschmutzungen und die Schweißnaht überprüft werden.

ZEISS eMobility Solutions helfen dabei, Qualitätsanforderungen entlang der gesamten Wertschöpfungskette der Produktion von Brennstoffzellensystemen zu erfüllen. Hardware und Software arbeiten dabei ideal zusammen, um klare komponentenbezogene Berichte zu erstellen.

Prüfung einzelner Zellkomponenten

Anwendungsbereiche innerhalb eines Brennstoffzellensystems

Qualitätssicherung mit ZEISS eMobility Solutions

Da Brennstoffzellensysteme die gesamte Energie liefern, die für den Antrieb des elektrischen Antriebsstrangs benötigt wird, müssen alle Komponenten nach höchsten Standards produziert werden, um eine zuverlässige Versorgung zu ermöglichen. Von der Bipolarplatte über die Membran-Elektroden-Einheit bis hin zu den zusätzlichen peripheren Komponenten können Sie mit dem ZEISS Portfolio jederzeit detaillierte Inspektionen durchführen.

Zellqualitätsprüfung

Bipolarplatte

Zellqualitätsprüfung

Typischerweise befinden sich mehr als hundert einzelne Brennstoffzellen in einem einzigen Stapel. Die effiziente Erzeugung elektrischer Energie hängt von der Qualität jeder einzelnen Zelle ab. Die Bipolaplatte sorgt für mechanische Stabilität, die den Fluss von Gasen und Kühlflüssigkeiten sowie die elektrische Verbindung zwischen benachbarten Zellen in der Serie gewährleistet.

Membran-Elektroden-Einheit

Membran- und Elektrodeninspektion

Eine chemische Reaktion in der Membran-Elektroden-Einheit (MEA) ist die Quelle der elektrischen Energie im Stapel. Auf jeder Seite der MEA sind zwei Elektroden angeordnet, in denen die jeweiligen Katalysatoren untergebracht sind. Diese Elektroden werden auf beiden Seiten der Membran (CCM) bzw. auf der jeweiligen Gasdiffusionsschicht (CCL) aufgebracht.

Membran- und Elektrodeninspektion
Peripheriekomponenten

Peripheriekomponenten

Bauteilqualitätsprüfung

Neben dem Brennstoffzellenstapel sind viele Komponenten systemrelevant. Wasserstoff für die chemische Reaktion wird über ein Rohrleitungssystem transportiert. Sauerstoff wird aus der Umgebungsluft gewonnen und mit Pumpen, Filtern und mehr behandelt. Die Effizienz von Brennstoffzellensystemen hängt von der hohen Bauteilqualität ab.

ZEISS eMobility Solutions unterstützt bei jedem Fertigungsschritt

Blue Line für das Brennstoffzellensystem

Blue Line für das Brennstoffzellensystem
2D- und 3D-Geometrie
Quality gate 1:

Formen der ​Mikrostruktur und Zuschneiden von Bipolar-Halbplatten

2D- und 3D-Geometrie

Herausforderungen

  • Aufrechterhaltung eines ungehinderten Gas- und Kühlmittelflusses durch speziell entwickelte Mikrostrukturen
  • Gratbildung muss erkannt werden, um die Qualität zu erhalte
  • Die Maßhaltigkeit von Außenkonturen, Vertiefungen und geometrischen Elementen muss für die Stapelausrichtung gewährleistet sein

Ihre Vorteile mit ZEISS

  • Chromatische konfokale Weißlichtmessung mit ZEISS DotScan an einem ZEISS KMG
  • Tiefenscharfe 3D-Schliffbilder mit ZEISS Microscopy Solutions
  • Ideale Vorbereitung für das Fügen und Stapeln von Platten durch optische Konturmessung mit ZEISS O-INSPECT

ZEISS KMGs
ZEISS Microscopy Solutions
Beschichtungsprüfung und Fehlererkennung
Quality Gate 2:

Beschichtung​ der Bipolar-Halbplatten

Beschichtungsprüfung und Fehlererkennung

Herausforderungen

  • Die Beschichtung der Platten ist für den Korrosionsschutz unerlässlich und muss auf Risse, Blasen und andere Defekte untersucht werden
  • Dünne Stahlschicht auf BPP birgt das Risiko von Oberflächendefekten, die die Effizienz beeinträchtigen oder einen Totalausfall verursachen können

Ihre Vorteile mit ZEISS

  • Optische Inspektion und Schichtdickenmessung mit Bildern des ZEISS Axio Imager
  • Automatisierte hochauflösende Aufnahme und Auswertung mit ZEISS O-INSPECT duo
  • Quantifizierung der Rauheit und Topografie von beschichteten Platten im Nanometerbereich mit ZEISS Smartproof 5
ZEISS VMMs
ZEISS Microscopy Solutions
Schweißnahtprüfung und 3D-Geometrie
Quality Gate 2:

Verschweißen​ der Bipolarplatten

Schweißnahtprüfung und 3D-Geometrie

Herausforderungen

  • Seitliche Ausrichtung der einzelnen Platten und Gesamthöhe sind für den ordnungsgemäßen Betrieb unerlässlich
  • Sicherstellung eines ungehinderten Gas- und Kühlmittelflusses, Einhaltung der Zellstapeltoleranzen und der Effizienz der Brennstoffzelle
  • Die Bipolarplatte wird aus zwei geschweißten Einzelhalbplatten gebildet, wobei die Schweißnaht für die Leitfähigkeit und mechanische Stabilität entscheidend ist

Ihre Vorteile mit ZEISS

  • Beidseitige Erfassung der 3D-Struktur mit ZEISS DotScan auf einem ZEISS KMG
  • Zerstörungsfreies 3D-Scannen zur Bewertung der 3D-Geometrie, einschließlich seitlicher Ausrichtung und Dickenabweichungen
  • Detaillierte und genaue hochauflösende 3D-Daten mit Hilfe industrieller Computertomographie (CT) oder ZEISS Xradia Versa Röntgenmikroskop  
ZEISS KMGs
ZEISS X-Ray Solutions
Rissbildung und 2D-Geometrie
Quality Gate 3:

Beschichtung und Schneiden von Schichten der MEA

Rissbildung und 2D-Geometrie

Herausforderungen

  • Ultradünne Elektrodenschichten müssen auf Risse, Blasen, Partikelkontamination und Inhomogenität untersucht werden
  • Position und Ausrichtung der einzelnen Schichten beeinflussen die Energieumwandlungseffizienz in der Brennstoffzelle
  • 2D-Geometrieanalyse muss an einzelnen Schichten durchgeführt werden, um die Abmessungen von Kanten und Vertiefungen zu bestimmen
  • Vollständig defektfreie MEA erforderlich, um die volle Leistung zu entwickeln

Ihre Vorteile mit ZEISS

  • Rissanalyse mit Licht- und Rasterelektronenmikroskopen
  • Bestimmung von Größe und Position der Aussparung sowie des Beschichtungsrandes im Verhältnis zur Referenzkante
  • Einfache Messung dieser Merkmale mit optischer Kantendetektionstechnologie und integrierter Hintergrundbeleuchtung der optischen Messtechnik
  • Bildaufnahme und Fehlererkennung mit ZEISS O-INSPECT duo  
ZEISS VMMs
ZEISS Microscopy Solutions
Schichtanalyse, Volumenanalyse und technische Sauberkeit
Quality Gate 4:

MEA Stapelung

Schichtanalyse, Volumenanalyse und technische Sauberkeit

Herausforderungen

  • Vermeidung von Verunreinigungen, um Funktion, Qualität und Lebensdauer der Brennstoffzelle zu gewährleisten
  • Sicherstellung konsistenter MEA-Schichten und -Eigenschaften durch Prüfung von Probenabschnitten
  • 3D-Volumenanalyse für Prozessentwicklung und Fehlerverständnis
  • Vollständige Prüfung aller MEAs auf Beschichtungsfehler, um Leistungsabfall zu vermeiden

Ihre Vorteile mit ZEISS

  • Partikel werden mit dem ZEISS Axio Zoom V.16 Mikroskop identifiziert, mit Elektronenmikroskopie analysiert und mit ZEISS Software verarbeitet
  • Erfassen der Größe, Form, Menge, Zusammensetzung, Herkunft und den Metallgehalt von Partikeln > 5 μm
  • Analyse der Schichtkontinuität und -dicke mit dem ZEISS Axio Imager
  • Zerstörungsfreie 3D-Volumenerfassung mit dem Röntgenmikroskop ZEISS Xradia 620 Versa und seiner zweistufigen Vergrößerung  
ZEISS Microscopy Solutions
ZEISS X-Ray Solutions
Schichtanalyse und Volumenanalyse
Quality Gate 5:

Endgültige Stapelung der Brennstoffzellen

Schichtanalyse und Volumenanalyse

Herausforderungen

  • Überwachung gestapelter Brennstoffzellen (BPPs und MEAs) zur Sicherstellung der Konsistenz der Brennstoffzellen-Stapelschichten und ihrer Eigenschaften
  • Verbessern der Prozessentwicklung und des Verständnisses von Defekten durch 3D-Volumenanalyse

Ihre Vorteile mit ZEISS

  • Analysieren von kleinen Proben mit Röntgentechnologie, um die Kontinuität der Schichten sicherzustellen
  • Analysieren von Stapelgeometrien und -ausrichtung mit dem berührungslosen konfokalen Weißlicht-Sensor ZEISS DotScan auf einem ZEISS KMG  
ZEISS X-Ray Solutions
ZEISS Quality Software

Zusätzliche Einblicke in die Qualitätssicherung für Brennstoffzellensysteme

Messung einer Brennstoffzellen-Bipolarplatte: Mehrere Messaufgaben mit Präzisions-ZEISS-Technologie
Messung und berührungslose Inspektion von Bipolarplatten mit dem 2-in-1-System ZEISS O-INSPECT duo

Kompatible Produkte

ZEISS CONTURA

Für jede Herausforderung vorbereitet – heute und morgen

ZEISS DotScan

Licht drehbar gemacht

Vernetzte Mikroskopie

Entscheidungen beschleunigen.

ZEISS O-INSPECT duo

Mikroskop und Messmaschine in einem

ZEISS O-INSPECT

Taktile und optische Messtechnik vereint

Haben Sie eine spezielle Anfrage zu ZEISS eMobility Solutions?

Nehmen Sie gerne Kontakt mit uns auf. Unsere Experten werden sich bei Ihnen melden.