KI MOD PEM zur Qualitätskontrolle in der PEM-Brennstoffzellentechnik

QuoData freut sich, Teil des Projekts KI MOD PEM (KI-basierte modulare Abbildung des PEMFC-MEA Herstellungsprozesses zur Qualitätskontrolle von Zwischen- und Endprodukten) zu sein. Dieses Projekt wird durch das Zentrale Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM), ein bundesweites, technologie- und branchenoffenes Förderprogramm, unterstützt. KI MOD PEM hat eine Laufzeit von 2,5 Jahren und läuft bis 30. April 2026. Die Partner der QuoData in diesem Projekt sind das Institut für Partikeltechnik, der Universität Duisburg-Essen und das Zentrum für BrennstoffzellenTechnik GmbH.

Hintergrund des Projektes

Der Verkehrssektor ist in der EU für fast 30 % der CO₂-Emissionen verantwortlich. Eine Schlüsseltechnologie zur Reduzierung dieser Emissionen ist die PEM-Brennstoffzellentechnik, die es ermöglicht, grünen Wasserstoff als chemischen Energieträger zu nutzen. Durch die Nutzung von Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2) wird chemische in elektrische Energie umgewandelt.

Die Polymer-Elektrolyt-Membran-Brennstoffzelle (PEMFC) ist besonders für den Schwerlastverkehr von großer Bedeutung. Allerdings bleibt die PEMFC-Technologie bisher hinter den Erwartungen zurück, da sie eine noch zu geringe Performance und Stabilität aufweist (der elektrische Wirkungsgrad liegt bei ca. 60 %). Zudem fehlen weitgehend automatisierte Herstellungsverfahren zur Massenfertigung und es besteht ein mangelndes Wissen über den Einfluss zahlreicher Faktoren und deren Wechselwirkungen.

Ziel des Projekts

Das Ziel von KI MOD PEM ist es, die Lücke in der Aufklärung von Prozess-Struktur-Eigenschaftsbeziehungen zu schließen, die durch die bisher quantitativ nicht zugängliche KID (Katalysator-Ionomer-Dispersion) als Schnittstelle zwischen den eingesetzten Rohstoffen und der KKS (Katalysator-Kat-Schicht) entstanden ist. Momentan gibt es keinen zufriedenstellenden Ansatz, um Schwankungen in der Performance und Stabilität der MEA (Membran-Elektroden-Einheit) auf die Eigenschaften und das Wechselspiel der KID und der Beschichtung zurückzuführen.

Das ZIM-Projekt KI MOD PEM zielt darauf ab, diese Lücke durch KI-basierte Modellierung von Eigenschaften zu schließen. Es wird die statistische Versuchsplanung einbezogen und ein Datenraum auf Basis von Experimenten geschaffen. Zu den Aufgaben gehören die Entwicklung von Versuchsdesigns sowie die Entwicklung und Validierung von KI-Modellen.

Rolle der QuoData

QuoData bringt umfangreiche Erfahrung in der Anwendung von KI und Data Science in das Projekt ein. Besonders spezialisiert ist QuoData in diesem Projekt auf die Versuchsplanung, das Training und die Validierung von KI-Modellen für die Eigenschaftsprognose entlang des PEMFC-MEA-Herstellungsprozesses. Einerseits werden effiziente experimentelle Designs erarbeitet, mit denen komplexe Prozess-Struktur-Eigenschafts-Beziehungen zeit- und ressourceneffizient auf Basis von Experimenten untersucht werden können. Andererseits widmet sich QuoData der Entwicklung der KI-Modelle zur Modellierung der Prozess-Struktur-Eigenschafts-Beziehungen mit Fokus auf die KID, den Beschichtungsprozess für die Herstellung von KKS und der Analyse der Performance und Stabilität der final assemblierten MEA.