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PNZ Aachen - Patent des Monats Januar

Faserverstärkte Druckbehälter für Wasserstoffspeicherung

Auch im neuen Jahr wird uns die Klimakrise weiter herausfordern. Für ein Gelingen der Energiewende ist die Umstellung des Individualverkehrs auf CO2-neutrale Antriebe von großer Bedeutung. Neben batteriebetriebenen Fahrzeugen gilt die Entwicklung der Wasserstoff-Sauerstoff- Brennstoffzellentechnik als ein Lösungsansatz für die E-Mobilität. Ein wichtiger Schritt in diese Richtung gelang der NPROXX Jülich GmbH mit der Entwicklung von Hochdruckspeichern aus Carbonfasern zur gasförmigen Wasserstoffspeicherung, für die sie am 10. November 2020 mit dem AC²-Innovationspreis der Region Aachen ausgezeichnet wurde.

Die vielversprechende Entwicklung, die 2018 in Deutschland unter DE102018110049A1 mit dem Titel: „Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Druckbehälters mit Polkappenverstärkung“ zum Patent angemeldet wurde, ist daher unser Patent des Monats Januar.

Zur Speicherung des gasförmigen Wasserstoffs in Brennstoffzellenfahrzeugen haben sich Hochdrucktanks aus carbonfaserverstärkten Kunststoffen (CFK) etabliert. Sie zeichnen sich durch hervorragende Festigkeitseigenschaften und verbesserte Stabilität aus und bestehen aus einem zylindrischen Mittelteil, der beidseitig von gewölbten Polkappen verschlossen wird. Ihr Nachteil: Die faserverstärkten Produkte sind weitaus teurer in der Fertigung als vergleichbare Metallbauteile! Grund dafür ist die Art und Weise der Polkappenverstärkung. Um die Haltbarkeit der Fasern auf den Polkappen zu garantieren, müssen die Zylinder mit zusätzlichen Faserlagen umwickelt werden, woraus hohe Materialkosten in der Herstellung der CFK Druckbehälter resultieren.

Zwar gibt es alternative Lösungen für die Verstärkung im Polkappenbereich, z.B. durch vorimprägnierte Faserbänder (Prepregs), oder durch zusätzliche Haltestrukturen, an denen die aufzuwickelnden Fasern Halt finden. Diese Verfahrensschritte sind allerdings mit zusätzlichem Handling sowie höheren Fertigungszeiten und auch Kosten verbunden.

Und genau hier setzt die Entwicklung der NPROXX GmbH an. Die Jülicher Firma hat eine alternative Technologie entwickelt, die sich durch Materialeinsparung, Gewichtsreduzierung und Fertigungstechnik deutlich von herkömmlichen Produkten abhebt. Das innovative Verfahren ersetzt aufwändige vorgeschaltete Prozessschritte und reduziert den Herstellungsaufwand von CFK-Druckbehältern. Die Speicher können kostengünstiger hergestellt werden und stellen einen Meilenstein als Tank- und Transportlösung zur gasförmigen Speicherung von Wasserstoff dar.

Wie funktioniert es genau? Die Neuentwicklung im Bereich der Polkappenverstärkung umfasst eine separate Haltevorrichtung mit mehreren abstehenden Halteelementen, die ein Ablegen der Carbonfasern unter den notwendigen Winkeln im Polkappenbereich und anschließendes Wenden im Endabschnitt des Druckbehälterzylinders ermöglichen. Die Verstärkung wird durch eine Umfangswicklung auf dem Endabschnitt des Druckbehälterzylinders fixiert, so dass die Fasern zwischen dieser Umfangswicklung und der Haltevorrichtung durchtrennt werden können. Die Haltevorrichtung kann dann entfernt und für weitere Polkappenverstärkungen genutzt werden.

Insgesamt stellen die so optimierten Speicherbehälter eine ideale Lösung im Bereich Fahrzeuge und Transport für die Mobilität der Zukunft dar. NPROXX versteht sich als Teil der innovationsstarken Technologieregion Aachen und arbeitet aktuell am Ausbau seiner Fertigungskapazitäten.

Das Patent- und Normenzentrum wünscht ein frohes, innovationsreiches neues Jahr!

Von der Idee bis zum Produkt“ –Wir bieten praxisnahe Dienstleistungen für Forscher*innen, Unternehmer*innen, Handwerker*innen, Gründer*innen sowie freie Erfinder*innen zum Schutz Ihrer Ideen. Alle unsere Dienste stellen wir Ihnen auch virtuell zur Verfügung!

 

Quellen:

https://www.nproxx.com/de/

https://www.youtube.com/watch?v=wNSljJps-uM&feature=youtu.be

https://www.agit.de/de/aktuelles/details/news/news/detail/pm-1020-preisverleihung-ac2-gruendung-wachstum-innovation-nproxx-mit-ac2-innovationspreis-r.html

https://www.agit.de/de/fuer-die-region/ac2-innovationspreis-region-aachen.html

NPROXX awarded with AC² Innovation Prize Region Aachen 2020 for Carbon Fiber Hydrogen Storage - FuelCellsWorks

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