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Case Study

Thermoplastischer Siebdruck zur Herstellung von keramischen Brennstoffzellen (SOFC)

Verfahrensentwicklung für die High-Tech Industrie

Kunde

Start-up Unternehmen, Hersteller eines Brennstoffzellenheizgerätes, Verfahrensentwicklung für die High-Tech Industrie

Unsere Leistungen

  • Verfahrensentwicklung
  • Werkstoffentwicklung
  • Versuchsplanung und -durchführung
  • Benchmark-Analyse
  • Implementierung

Das Ziel

Ein Hersteller für ein Brennstoffzellenheizgerät hatte die Idee einen  Siebdruckprozess basierend auf wachsähnlichen Pasten zu entwickeln. Der Siebdruckprozess, so die Idee, würde im warmen Zustand durchgeführt und hätte den Vorteil, dass die Wachspasten unmittelbar nach dem Druck erstarren. Dadurch könnte der bisher notwendige und kostenintensive Trocknungsschritt entfallen. Die Idee und einige erfolglose Vorversuche wurden über zwei Jahre im „Nebenbei-Modus“ verfolgt, ehe man sich entschloss ein professionelles Projekt aufzugleisen. Die Aufgabe bestand darin die Machbarkeit und Wirksamkeit des Verfahrens zu klären.  

Die Entwicklung orientierte sich zunächst an den bereits durchgeführten Vorversuchen und an den vorhandenen Materialien für die Elektrode und die Siebdruckpaste. Das Hauptproblem bestand darin, dass keine Haftung zwischen Elektrode und Elektrolyt hergestellt werden konnte. Schritt für Schritt wurde das Pastenherstellverfahren optimiert, neue Additive eingesetzt und Ergebnisse über elektrochemische Versuche gesichert. Folgende Schritte wurden umgesetzt:

Optimierung des Pastenherstellverfahrens Sicherstellung der Haftung

Optimierung der Additive

Elektrochemische Tests zur Validierung der Ergebinsse

Ausweitung des Verfahrens auf andere Komponenten

Patentierung des thermoplastischen Siebdruckverfahrens

Einführung des thermoplastischen Siebdruckprozesses in die Serienfertigung

Das Ergebnis

Innerhalb von nur zwei Monaten konnte die Machbarkeit des thermoplastischen Siebdruckverfahrens nachgewiesen werden. In weiteren zwei Monaten wurde das Verfahren optimiert. Elektrochemische Tests brachten den Nachweis, dass die Leistungsfähigkeit der „neuen“ Brennstoffzellen auf dem Niveau der Zellen lag welche, mit der konventionellen Siebdrucktechnik hergestellt wurden. Es wurde außerdem erkannt, dass die elektrischen Kontakte durch eine flexible wachsartige Schicht entscheidend verbessert werden konnten. Das Verfahren wurde deshalb zur Herstellung von elektrischen Kontaktschichten in die Serienproduktion eingeführt.

Das thermoplastische Siebdruckverfahren wurde patentrechtlich geschützt (siehe Patent).           

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