Bipolarplatten aus einem Compound-Kern und einem dichtenden Rahmen wurden am ZBT entwickelt und im Dauerbetrieb nun qualifiziert. Dieses Ergebnis des Projektes "Entwicklung von Mehrkomponenten-Bipolarplatten mit integrierter Abdichtung für PEM-Brennstoffzellen", das zwischen 2010 und 2014 gemeinsam mit dem Unternehmen GEWEKU aus Halver sowie dem Institut IPE der Universität Duisburg-Essen durchgeführt wurde, stellt einen weiteren Schritt hin zur Produktionsoptimierung von Brennstoffzellenstacks dar.
Bipolarplatten für PEM-Brennstoffzellen haben unterschiedliche Funktionen wahrzunehmen und deswegen verschiedene Funktionsbereiche: Der Plattenkern muss elektrisch und thermisch leitfähig und mit beidseitigen Kanalstrukturen versehen sein, um die Zellreaktion zu gewährleisten. Diese Funktionen erfüllt ein hochgefülltes Graphit-Compound auf ideale Weise. Dabei konne der Spritzdruck für die Compound-Kerne derart reduziert werden, dass diese im Gegensatz zu den normalen, größeren Bipolarplatten mit zu umspritzenden Löchern, auf Standardmaschinen hergestellt werden können. Der Plattenrand nimmt dann die Dichtungsfunktion wahr und beinhaltet die Löcher zur Medienführung durch den Stack. Dabei muss der Randbereich nicht leitfähig sein und kann aus reinem Kunststoff bestehen, der spritzgießtechnisch erheblich leichter zu verarbeiten ist als ein hochviskoser Graphit-Compound.
Im Rahmen dieses Projektes wurde eine spritzgießbare Mehrkomponenten-Bipolarplatte entwickelt und getestet, in der auch die Dichtungsfunktion integriert ist. Die Verbindungsstelle war dabei neben der Abstimmung der Dichtungshöhen die kritischste Anforderung, mit dem höchsten Risikopotential. Es konnte im Rahmen des Projektes ein sicherer Kompromiss zwischen einzusetzenden Materialien des Kern- und des Randbereiches sowie der mechanischen Verbindung dieser beiden Teile entwickelt werden. Durch spezielle konstruktive Bestandteile der Platten konnte der Aufbau des Stacks deutlich beschleunigt und die Fehleranfälligkeit reduziert werden. In zyklisierenden Dauerversuchen konnte nachgewiesen werden, dass hinsichtlich der Leistungsfähigkeit des Brennstoffzellenkonzeptes und der Stabilität keine Einschränkungen bzw. sogar positive Effekte auftreten.
Die Technologie wurde inzwischen auf verschiedenen Messen vorgestellt, gerne steht das ZBT in Projekten zur Realisierung dieses Konzeptes für andere Stackgeometrien zur Verfügung.
Die Arbeiten wurden in der Arbeitsgruppe Stackentwicklung der Abteilung Brennstoffzellen- und Systemtechnik durchgeführt, die für die Entwicklung von Brennstoffzellenstapeln und der hierin einzusetzenden mechanisch relevanten Komponenten (Bipolarplatte, Dichtung) zuständig ist. Komponenten und Stapel werden konstruktiv unter Nutzung aktueller CAE-Tools entwickelt sowie im prototypischen Maßstab u.a. im Spritzgießen, Fräsen, Dispensen oder Siebdrucken hergestellt. Die Erfahrungen aus dem Bereich der Brennstoffzellenstapel werden ebenso für Elektrolysestacks und innovative Batterietechniken wie zum Beispiel die Redox-Flow-Batterie angewendet.
- Abteilung Brennstoffzellen- und Systemtechnik
- Compund-Bipolarplatten
- Dienstleistung: Komponentencharakterisierung
