Brennstoffzellensysteme in hohen Leistungsbereichen verwenden in der Regel eine Flüssigkeitskühlung. Bei alternativen Antrieben für die Luftfahrt kommt es aber auf minimales Gewicht an. Das ZBT und seine Projektpartner entwickeln deshalb gemeinsam ein Brennstoffzellensystem mit Luftkühlung für unbemannte Fluggeräte (UAV, Drohnen) und Flugzeuge mit einem Startgewicht zwischen 25 Kilogramm und zwei Tonnen.

Ziel des Projekts BeHyPSy ist die Entwicklung, Integration und Erprobung eines innovativen Antriebsystems in einem relevanten Leistungsbereich, das auf Wasserstoff als Energieträger basiert. Das Antriebsystem wird in einem Labormuster integriert, im Gesamtsystem charakterisiert und in einem Flugzeug validiert. Es soll gezeigt werden, dass die skalierte Systemarchitektur auch bei höheren Abfluggewichten einsetzbar ist, womit sich ein wichtiger Markt ergibt.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Brennstoffzellensystemen im hohen Leistungsbereich (>50kW) verzichtet das hier entwickelte System auf die Flüssigkeitskühlung, wodurch signifikant Gewicht und Volumen eingespart wird. Hierdurch kommt dem Luftmanagement des Brennstoffzellensystems eine zentrale Bedeutung zu, da einerseits die Reaktandenzufuhr als auch die Kühlluftzufuhr auf das System abgestimmt sein müssen.

Ein weiteres wichtiges Merkmal der angestrebten Systemarchitektur ist der Multiphasen-Elektromotor zur Erhöhung der Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit. Hierbei wird jede Phase des Elektromotors durch ein Multi-Stack-Brennstoffzellensystem mit Leistung versorgt.

Ziel der Arbeiten des ZBT ist die „Leichtbau-Brennstoffzellen-Entwicklung für die Luftfahrtanwendung“, um mit der Entwicklung von besonders leichten, luftgekühlten Brennstoffzellenstapeln diesem Systemkonzept zu entsprechen.

Die wichtigsten Ansätze zur Steigerung der Leistungsdichte sind

• der Einsatz von dünnen, umgeformten Metallfolien für die Bipolarplatten gegenüber vorrangig eingesetzten Composit-Bipolarplatten bei luftgekühlten Brennstoffzellenstapeln,
• die Steigerung der Flächenausnutzung auf Zellebene durch besonders kompakte Zelldesigns und Dichtungsintegration,
• die Entwicklung einer Leichtbau-Verspannung 
• und einen erhöhten Integrationsgrad.

Gelingt es durch diese Maßnahmen das Stapelgewicht zu reduzieren, können die Potentiale der Systemarchitektur voll ausgeschöpft werden.

Partner:

• ZAL - Zentrum für angewandte Luftfahrtforschung
• BREEZER Aircraft
• HAW - Hochschule für angewandte Wissenschaften Hamburg
• HSU - Helmut-Schmidt-Universität Hamburg
• RST - Rostock System-Technik
• ZBT - Zentrum für BrennstoffzellenTechnik

LUFO-Nr.: 20M2249

Bewilligungszeitraum: 1.5.2024 - 31.7.2027

Abteilung Brennstoffzellen und Stapel